КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
BOILER PLANT

Изобретение относится к области производства тепловой энергии на ТЭС, в виде перегретого пара путем камерного сжигания топлива в топке котла при помощи горелочных устройств. Оно может быть использовано также в металлургической теплотехнике для регулирования температурного распределения факела внутри топок и газоходов печей с целью снижения выбросов оксида азота с дымовыми газами в атмосферу.
Известна котельная установка, содержащая экранированную топку, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещен пароперегреватель, соединенный с межступенчатым пароохладителем, опускной газоход, экономайзер, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик температуры перегрева пара, установленные по углам горелки с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях и систему контроля температуры перегретого пара, снабженную вторым датчиком температуры перегрева пара, соединенным электрической связью с исполнительным механизмом сервоприводов поворота горелок в горизонтальной и вертикальной плоскостях (патент RU 2450206 от 10.05.2012). Недостатки известной котельной установки:
1.Невозможность уменьшения выбросов оксидов азота с уходящими дымовыми газами при больших паровых нагрузках и при повышении температуры в топке при использовании топлива с высокой теплотой сгорания.
2.При сжигании мазута невозможно снизить выбросы оксидов азота до уровней, имеющих место при сжигании природного газа, с сохранением достаточно высоких КПД.
Задачей изобретения является разработка конструкции котельной установки, в которой устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом является предотвращения повышенных вредных выбросов оксидов азота при переходе на большие паровые нагрузки и на сжигание топлива с высокой теплотой сгорания, а также при переходе на сжигание мазута с сохранением достаточно высоких значений КПД.
Технический результат достигается тем, что котельная установка, содержащая экранированную топку, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещен пароперегреватель, соединенный с межступенчатым пароохладителем, опускной газоход, экономайзер, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик температуры перегрева пара, установленные по углам горелки с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях и систему контроля температуры перегретого пара, снабженную вторым датчиком температуры перегрева пара, соединенным электрической связью с исполнительными механизмами электроприводов поворота горелок в горизонтальной и вертикальной плоскостях, согласно настоящему изобретению дополнительно содержит заборник дымовых газов из опускного газохода, технологически связанный с рециркуляционным электроприводным дымососом и смесителем, датчик теплового излучения факела, а исполнительный механизм электроприводов поворота горелок имеет дополнительный компьютеризированный программный блок управления, соединенный технологически электрическими связями с датчиком теплового излучения факела, газоанализатором, электроприводом рециркуляционного дымососа.
Заявляемая конструкция котельной установки приведена на фиг. 1 в схеме продольного разреза и в схеме на фиг. 2 поперечного разреза топки на уровне горелок. Позициями обозначены следующие элементы и узлы:
1 - топка;
2 - горелки;
3 - экранная испарительная поверхность,
4 - барабан;
5 - горизонтальный газоход;
6, 7, 8, 9 - 1, 2, 3, 4-я ступени пароперегревателя;
10, 11 - 1-й и 2-й межступенчатые пароохладители;
12, 15 - датчики температуры перегрева пара;
13 - опускной газоход,
14 - экономайзер, 16-смеситель;
17 - рециркуляционный электроприводной дымосос;
18 - заборник дымовых газов;
19 - компьютеризированный программный блок управления;
20 - газоанализатор;
21 - датчик теплового излучения факела.
Штрих пунктирными линиями обозначены электрические связи дополнительного компьютеризированного программного блока управления 19 с датчиками температуры перегрева пара 12, 15, с межступенчатыми пароохладителями 10, 11, с сервоприводами электродвигателей поворота горелок 2, с газоанализатором 20, с электродвигателем привода рециркуляционного дымососа 17, с датчиком теплового излучения факела 21.
Точечно пунктирными линиями обозначены трубопроводы подачи рециркуляционных газов от заборника 18 к рециркуляционному дымососу 17 и от него к смесителю 16 и к горелкам 2. На фиг. 2 в сечении А-А стрелками в центре показано круговое восходящее движение продуктов сгорания в топке.
Сплошными стрелками обозначены направления движения перегретой воды по опускным трубам из барабана 4 котла, пароводяной смеси по экранной испарительной поверхности 3, водяного пара из барабана 4 на перегрев в пароперегреватели 6, 7, 8, 9, а также линии впрыска конденсата в пароохладители 10, 11.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее.
Топка 1 (фиг. 2) служит для сжигания топлива, подаваемого через горелки 2 в смеси с нагретым воздухом (дутьевой вентилятор и воздухоподогреватель на фиг. 1 и 2 не показаны).
Экранная испарительная поверхность 3 предназначена для восприятия определенного количества теплоты, выделяющейся при сжигании топлива и нагрева воды до состояния насыщенного пара с подачей этого пара в барабан 4, в котором происходит отделение влаги от водяного пара.
Горизонтальный газоход 5 служит для приема продуктов сгорания из топки 1, размещения в нем пароперегревателей 6, 7, 8, 9 и подачи продуктов сгорания в опускной газоход 13.
Экономайзер 14 служит для подогрева питательной воды, поступающей в котельную установку, до состояния кипения и подачи этой воды в барабан 4.
Межступенчатые впрыскивающие пароохладители 10, 11 служат для снижения температуры перегретого пара после пароперегревателей, если эта температура превышает регламентированную по условиям прочности металла труб пароперегревателей 7, 8, 9 и лопаток паровой турбины.
Датчики температуры пара 12, 15 служат для выработки электрического сигнала по величине значения температуры перегретого пара и передачи этого сигнала на компьютеризированный программный блок управления 19, который по компьютерной программе при превышении температуры пара включает впрыскивание конденсата через межступенчатые пароохладители 10, 11.
Смеситель 16 служит для смешения отсасываемых из газохода 13 дымососом 17 через заборник 18 продуктов сгорания с воздухом, подаваемым дутьевым вентилятором (дутьевой вентилятор на фиг. 1, 2 не показан). Применение смесителя 16 для подмешивания к воздуху продуктов сгорания позволяет снизить температуру продуктов сгорания в топке и тем самым уменьшить интенсивность образования оксидов азота. Этим достигается положительный эффект снижения температуры в топке и вместе с этим достигается уменьшение выбросов оксидов азота, по сравнению с известной котельной установкой, при сжигании топлива с высокой теплотой сгорания или при работе на повышенных паровых нагрузках.
Газоанализатор 20 служит для забора и анализа состава продуктов сгорания на содержание оксидов азота и передачи сигнала на компьютеризированный программный блок управления 19, с которого по величине сигнала о содержании оксидов азота подается команда на серво и электропривод поворота горелок 2 на изменение тангенциального угла наклона горелок в горизонтальной плоскости и угла наклона горелок в вертикальной плоскости. Термин «сервоэлектропривод» здесь используется для обозначения электрического привода с обратной связью по положению, применяемого в автоматических системах для привода управляющих элементов и рабочих органов. Для упрощения под названием серво- электропривод понимается термин электропривод, имеющий обратную связь.
Изменение при помощи исполнительных механизмов с серво и электроприводами углов поворота горелок в горизонтальной и вертикальной плоскостях приводит к изменению диаметра и высоты восходящего потока факела. Вместе с этим изменяется количество теплоты передаваемой экранным испарительным поверхностям 3 от факела, а, следовательно, и остаточное количество передаваемой теплоты поверхностям нагрева в пароперегревателе.
Датчик теплового излучения факела 21 служит для выработки электрического сигнала по величине падающего от факела теплового потока и передачи этого сигнала на компьютеризированный программный блок управления 19, по компьютерной программе которого определяется оптимальное месторасположения ядра факела при сжигании мазута и достигается повышение КПД по сравнению с известной котельной установкой.
Заявляемая котельная установка работает следующим образом.
В соответствии с паровой нагрузкой в горелки 2 подается необходимое количество топлива (газообразного или жидкого) и требуемое количество воздуха. По первичному сигналу с датчиков 12, 15 устанавливается путем сигнала с блока управления 19 первичный тангенциальный и вертикальный углы поворота горелок 2, обеспечивающих оптимальную температуру перегрева пара после четвертой ступени пароперегревателя 9 по условиям прочности металла и значения КПД.
По сигналу с газоанализатора 20 при повышенном количестве оксидов азота в дымовых газах при сжигании топлива с высокой теплотой сгорания компьютеризированный программный блок управления 19 подает команду на снижение температуры факела путем увеличения количества дымовых газов отсасываемых рециркуляционным дымососом 17 при помощи заборника 18 из опускного газохода в смеситель 16 для смешивания с воздухом.
Снижение температуры факела путем компьютеризированного
программного управления подачей рециркуляционным дымососом 17 продуктов сгорания через смеситель 16 в топку приводит к снижению интенсивности образования термических оксидов азота и снижению их выбросов в атмосферу и обеспечивает положительный технический эффект по сравнению с известной котельной установкой.
При подаче в горелки 2 мазута, вместо газа, повышается температура ядра факела и регистрируемый датчиком 21 тепловой поток, что приводит к росту интенсивности образования оксидов азота. Газоанализатор 20 выдает сигнал по увеличенному содержанию оксидов азота на компьютеризированный программный блок управления 19, по команде которого увеличивается подача дымососом 17 рециркулируемых газов в смеситель 16 для смешивания с воздухом и далее через горелки 2 в топку.
Температура в ядре факела понижается и уменьшается интенсивность образования оксидов азота и, по сравнению с известной котельной установкой достигается положительный технический эффект. Однако при этом датчик 21 подает электрический сигнал на компьютеризированный программный блок управления 19 о необходимости увеличения теплового потока на входе пароперегреватель 7 для повышения температуры пара с опережением сигнала от датчика 15.
По комплексной компьютерной программе с блока управления 19 восходящая закрутка факела, показанная на фиг. 2 в виде круговых стрелок, перемещается электродвигателями поворота горелок 2 путем увеличения вертикального угла поворота горелок к входу горизонтального газохода 5 и этим обеспечивается поддержание повышенной температуры перегрева пара и повышенный КПД при сниженных выбросах оксидов азота в атмосферу по сравнению с известной котельной установкой.