КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к котлам-утилизаторам, которые предназначены для обезвреживания и утилизации тепла дымовых газов, которые отходят от газогенерирующих агрегатов, например, коксовых батарей, установок сухого тушения кокса, и тому подобное.
Заявляемый котел-утилизатор может быть использован в коксохимической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.
УРОВЕНЬ ТЕХНТИКИ
Известен котел-утилизатор, международная заявка №PCT/UA2007/000012, который содержит патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, содержащий циклонные камеры сгорания, каждая из которых включает горелочное устройство, и в которые тангенциально подведены патрубки подачи дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов. Также реактор котла-утилизатора снабжен камерой дожигания, связанной с циклонными камерами сгорания и образующей вместе с ними рабочий объем реактора.
Недостатками известного котла-утилизатора являются:
- большой объем реактора и большие габаритные размеры котла-утилизатора, что обусловлено расположением в реакторе циклонных камер и камеры дожигания;
- большой вес котла-утилизатора и сложность его изготовления, что связанно с использованием в реакторе циклонных камер и камеры дожигания.
Компактность котлов-утилизаторов является важным условием их использования на предприятии, поскольку, обычно, котлы-утилизаторы дополнительно используют в уже существующем отлаженном технологическом процессе, для того, что бы обеспечить обезвреживание дымовых газов, для защиты окружающей среды и увеличить эффективность использования энергоносителей, например, для использования тепла дымовых газов, отходящих от газогенерирующих агрегатов, например, коксовых батарей, установок сухого тушения кокса и т.п. Поэтому расположение котлов-утилизаторов на территории предприятия приводит к большим трудностям. Особенно острой проблемой является расположение крупногабаритных котлов-утилизаторов за крупными газогенерирующими агрегатами, например, за коксовой батареей, от которой в зависимости от ее конструктивной схемы, приблизительно отходит 50000-120000 нм /ч дымовых газов, поэтому понятно, что для обезвреживания больших объемов дымовых газов требуется соответственно крупногабаритные котлы-утилизаторы.
СУТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей настоящей полезной модели является разработка котла-утилизатора, который характеризуется компактными размерами, простотой изготовления и эффективным обезвреживанием дымовых газов.
Также задачей настоящей полезной модели является увеличение эффективности утилизации тепла дымовых газов.
Также задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств и возможностей котлов-утилизаторов.
Другие задачи и преимущества настоящей полезной модели будут выявлены ниже по мере изложения настоящего описания и чертежей.
Поставленная задача решается тем, что котел-утилизатор, характеризующийся наличием:
- реактора, к нижней части которого примыкают две горелки, а к боковой поверхности реактора примыкает боров подвода дымовых газов, при этом дымовые газы, которые отходят из борова подвода дымовых газов, поступают в зону активного горения реактора, которая расположена в нижней его части,
- системы утилизации тепла дымовых газов, которые поступают в реактор котла-утилизатора,
- патрубка отвода дымовых газов из реактора, который содержит дополнительную систему утилизации тепла дымовых газов и, по меньшей мере, один дымосос,
согласно заявляемой полезной модели, котел-утилизатор дополнительно содержит:
- распределитель потока дымовых газов, которые поступают из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый распределитель расположен в упомянутой зоне активного горения оппозитно зоне примыкания упомянутого борова к реактору, в результате чего в реакторе формируется два взаимнопересекающихся вихревых потока,
- кольцевой коллектор, который примыкает к борову подачи дымовых газов и содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов в реактор, которые примыкают к боковой поверхности реактора так, что дымовые газы поступают из кольцевого коллектора в зону активного горения реактора по ходу движения обоих упомянутых вихревых потоков.
В частном варианте выполнения котел-утилизатор содержит, по меньшей мере, один патрубок подачи топлива в дымовые газы, которые отходят из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи топлива расположен после зоны примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове.
В частном варианте выполнения котла-утилизатора распределитель потока выполнен из поверхностей нагрева системы утилизации тепла дымовых газов в реакторе котла-утилизатора.
В частном варианте выполнения котел-утилизатор содержит, по меньшей мере, один патрубок подачи воздуха в дымовые газы, которые отходят в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи воздуха расположен перед зоной примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове.
В частном варианте выполнения в борове расположен регулятор потока дымовых газов, который расположен в зоне примыкания борова к реактору котла-утилизатора.
Использование упомянутого котла-утилизатора с кольцевым коллектором позволит уменьшить объем реактора котла-утилизатора за счет отсутствия циклонных камер в реакторе по сравнению с известным техническим решением.
Также использование заявляемого котла-утилизатора с кольцевым коллектором, который содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов для подачи дымовых газов в реактор по ходу движения обоих упомянутых вихревых потоков, приводит к эффективному процессу обезвреживания дымовых газов в реакторе котла-утилизатора.
Также использование кольцевого коллектора, который примыкает к борову подачи дымовых газов и содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов в реактор, которые примыкают к боковой поверхности реактора так, что дымовые газы поступают в зону активного горения реактора по ходу движения каждого из упомянутых вихревых потоков, позволяет эффективно формировать вихревые потоки в реакторе котла-утилизатора, а также позволяет устранить застойные зоны в реакторе и организовать эффективное использование топлива, подаваемого в дымовые газы, которые отходят от борова в реактор котла-утилизатора.
Выполнение распределителя потока из поверхностей нагрева системы утилизации тепла дымовых газов в реакторе котла-утилизатора позволит увеличить надежность работы реактора котла-утилизатора, поскольку при выполнении распределителя потока из огнеупорных материалов приводит к их быстрому разрушению, вследствие постоянно меняющихся температур.
Использование патрубка подачи топлива в дымовые газы, которые отходят из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи топлива расположен после зоны примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове, позволит осуществлять подачу топлива в дымовые газы, которые отходят из борова в реактор, в зону пересечения вихревых потоков, что обеспечивает адаптивную оптимизацию расхода топлива на обезвреживание дымовых газов котлом-утилизатором.
ЧЕРТЕЖИ
При рассмотрении вариантов осуществления настоящей полезной модели используется узкая терминология. Однако настоящая полезная модель не ограничивается принятыми терминами и следует иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные элементы, которые работают аналогичным образом и используются для решения тех же самых задач.
На чертежах фиг.1-5 представлены графические пояснения промышленной применимости заявляемого котла-утилизатора в произвольном масштабе.
Фиг.1 - изображен реактор заявляемого котла-утилизатора.
Фиг.2 - изображен реактор заявляемого котла-утилизатора, изображенный на фиг.1, в котором изображено движение потоков дымовых газов в реакторе котла-утилизатора.
Фиг.3 - схематично изображен котел-утилизатор.
Фиг.4 - изображен вариант выполнения реактора котла-утилизатора, который содержит дополнительные патрубки подачи воздуха в дымовые газы.
Фиг.5 - изображен вариант выполнения реактора котла-утилизатора, изображенного на фиг.4, с наличием в борове регулятора потока дымовых газов, который расположен в зоне примыкания борова к реактору котла-утилизатора.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1
2
Заявляемый котел-утилизатор содержит реактор 1 (см. фиг.1-5), к нижней части которого примыкают две горелки 2 и 2, а к боковой поверхности реактора 1 примыкает боров 3 подвода дымовых газов, при этом дымовые газы, которые отходят из борова 3, поступают в зону активного горения 4 реактора 1, которая расположена в нижней его части.
1
2
Также котел-утилизатор содержит распределитель потока 5, который расположен в реакторе 1 на его боковой поверхности в упомянутой зоне активного горения 4 оппозитно зоне примыкания упомянутого борова 3 подвода дымовых газов, при этом благодаря распределителю потока 5 в реакторе 1 формируются два вихревых потока 6 и 6, которые взаимопересекаются друг с другом в реакторе 1 котла-утилизатора (см. фиг.4).
Также котел-утилизатор содержит систему утилизации тепла 7, которая расположена в упомянутом реакторе 1.
1
2
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
Также котел-утилизатор содержит кольцевой коллектор 8, который примыкает к борову 3 подачи дымовых газов в реактор 1 котла-утилизатора в зону пересечения двух вихревых потоков 6 и 6. При этом кольцевой коллектор 8 содержит дополнительные патрубки 9, 9, 9, 9 и 9 подачи дымовых газов из кольцевого коллектора 8 в зону активного горения 4 реактора 1. Дополнительные патрубки 9 9, 9, 9 и 9 примыкают к боковой поверхности реактора 1 так, что дымовые газы поступают в зону активного горения 4 реактора 1 по ходу движения вихревых потоков 6 и 6 (фиг.2).
Также котел-утилизатор содержит патрубок отвода дымовых газов 10 (фиг.3). Патрубок отвода дымовых газов 10 из реактора 1 содержит дополнительную систему утилизации тепла 11 (фиг.3) и дымосос 12.
1
2
1
2
Также котел-утилизатор содержит патрубки подачи топлива 13 и 13 в дымовые газы, которые отходят из борова 3 в реактор 1 котла-утилизатора, при этом патрубки подачи топлива 13 и 13 расположены после зоны примыкания кольцевого коллектора 8 к борову 3 по ходу движения дымовых газов в борове 3.
Заявляемый котел-утилизатор работает следующим образом: дымовые газы, которые отводят от генерирующего агрегата, например, от коксовой батареи (на фигурах не показано), поступают в боров 3, по которому они отходят к реактору 1 котла-утилизатора (примеры схем подключения котла-утилизатора к коксовой батареи раскрыты в патентах №RU2373255, UA41178, UA40854 и UA40853).
Дымовые газы, которые отходят из борова 3 в котел-утилизатор делятся на два потока дымовых газов.
1
2
Первый поток дымовых газов отходит из борова 3 в реактор 1, при этом в первый поток дымовых газов дополнительно подают топливо с помощью патрубков подачи топлива 13 и 13.
Второй поток дымовых газов отходит из борова 3 в кольцевой коллектор 8.
1
2
1
2
1
2
При этом первый поток дымовых газов отводится в зону активного горения 4 и зону пересечение двух вихревых потоков 6 и 6 в реакторе 1, при этом зона активного горения 4 сформирована с помощью двух факелов горелок 2 и 2, к которым подводится топливо (схема подвода топлива и воздуха к горелкам 2 и 2 на фигурах не изображена).
1
2
В зоне активного горения 4 формируются два взаимопересекающихся вихревых потока 6 и 6, которые имеют протяженность по всей высоте реактора 1. При этом благодаря системе утилизации тепла 7, которая выполнена в виде поверхностей нагрева, размещенных на внутренней поверхности реактора 1, происходит отбор тепла от дымовых газов, которые находятся в реакторе 1.
1
2
3
4
5
1
2
1
4
5
2
3
1
2
1
2
3
4
5
1
2
Как было сказано выше, вторая часть потока дымовых газов отходит в кольцевой коллектор 8 (фиг.2). Из кольцевого коллектора 8 дымовые газы отводятся через дополнительные патрубки 9, 9, 9, 9, и 9 в зону активного горения 4. При этом дымовые газы из дополнительных патрубков 9 и 9отводятся в реактор 1 тангенциально по ходу движения вихревого потока 6, а дымовые газы из дополнительных патрубков 9 и 9 отводятся в реактор 1 тангенциально по ходу движения вихревого потока 6. Что касается патрубка 9, то из него дымовые газы отводятся по ходу движения вихревых потоков 6 и 6 благодаря подаче дымовых газов через дополнительные патрубки 9, 9, 9, 9 и 9 происходит усиление и стабилизация вихревых потоков 6 и 6 в рабочем объеме реактора 1.
1
2
Также следует отметить, что в реакторе 1 происходит соударение вихревых потоков 6 и 6, что приводит к активному перемешиванию и увеличению степени обезвреживания дымовых газов, а также приводит к уменьшению рабочего объема реактора 1.
Из реактора 1 дымовые газы отводятся в патрубок отвода дымовых газов 10, в котором расположена дополнительная система утилизации тепла 11. При этом движение дымовых газов в котле-утилизаторе осуществляется посредством дымососа 12. Из патрубка отвода дымовых газов 10 дымовые газы отходят в дымовую трубу (на фигурах не изображена).
1
2
1
2
1
2
На фиг.4 изображен вариант реализации котла-утилизатора, который дополнительно содержит патрубки подачи воздуха 14 и 14 в дымовые газы, которые отходят из борова 3 в реактор 1 котла-утилизатора. При этом патрубки подачи воздуха 14 и 14 расположены перед зоной примыкания кольцевого коллектора 8 к борову 3 по ходу движения дымовых газов в борове 3. Благодаря патрубкам подачи воздуха 14 и 14 возможно равномерно поддерживать заданное значение коэффициента избытка воздуха в дымовых газах, что приводит к эффективному обезвреживанию дымовых газов в котле-утилизаторе, что также является преимуществом заявляемой полезной модели.
Понятно, что выше представлено один из возможных вариантов осуществления настоящей полезной модели. Настоящая полезная модель не ограничивается вариантом, который был изложен выше и изображен на фигурах.
Например, возможен вариант, когда в борове расположен регулятор потока 15 дымовых газов в реактор 1 заявляемого котла-утилизатора (фиг.5). Благодаря использованию упомянутого регулятора потока 15, возможно регулировать скорость подачи дымовых газов из борова 3 в реактор 1, что является актуальным при изменении режима работы газогенерирующих агрегатов.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в разработке компактного котла-утилизатора, который характеризуется простотой изготовления и эффективным обезвреживанием дымовых газов.
Также техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение эффективности утилизации тепла дымовых газов.