Котельная установка

Полезная модель относится к котлостроению и предназначена для повышения эффективности котельной установки, применяющей в качестве топлива тяжелые сорта 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. Дело в том, что 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 близким по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель котельной установки, которая включает котел с газоходом, к которому подключен газоанализатор, а также топливную систему 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 цистерне нефтеостатков, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды, насос и регулируемый клапан, а котел содержит двухканальную форсунку, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, а второй к выходу регулируемого клапана (см. Котельная установка, Патент на полезную модель №188303. Заявка №201841463. Заявл. 26.11.2018; Опубл. 05.04.2019, Бюл. №10, Чичурин А.Г., Матвеев Ю.И., Шураев О.П., Данилов)
При применении предложенной полезной модели, на двухканальную форсунку на 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, на 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 Таким образом, здесь происходят почти все те же процессы, как 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 выхода из строя топливной аппаратуры котельной установки. Кроме того, предлагаемая полезная модель может применяться не только при использовании тяжелых, но и легких сортов топлива, так как здесь отсутствует необходимость в эмульгаторах.
Как следует из вышесказанного, в ходе работы данной полезной модели на второй канал двухканальной форсунки подается пресная вода, которая также как и топливо распыливается в топке котла, вода нагревается до температуры кипения и испаряется. Нагрев впрыскиваемой воды до температуры кипения требует определенных затрат теплоты, выделяющейся в топке котла при сгорании топлива. Если бы этот процесс (нагрев впрыскиваемой воды до температуры кипения) отсутствовал, то данная полезная модель позволяла бы увеличить количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла, на величину, пропорциональную затратам теплоты на нагрев впрыскиваемой в топку котла воды до температуры кипения, и, тем самым, повысить тепловую эффективность котельной установки.
Задачей полезной модели является повышение тепловой эффективности котельной установки при впрыске в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания путем подогрева воды перед подачей в топку котла.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что в известную полезную модели котельной установки, включающую котел с газоходом, к которому подключен газоанализатор, а также топливную систему 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 цистерне нефтеостатков, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды, насос и регулируемый клапан, а котел содержит двухканальную форсунку, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, дополнительно введен подогреватель воды, вход которого соединен с выходом регулируемого клапана, а выход подключен ко второму входу двухканальной форсунки
Существо полезной модели заключается в следующем. В известной полезной модели (прототипе) в установившемся режиме работы в топку котла одновременно с топливом, на второй канал двухканальной форсунки подается пресная вода, которая также как и топливо распыливается в топке котла, вода нагревается до температуры кипения и испаряется. Нагрев впрыскиваемой воды до температуры кипения требует определенных затрат теплоты, выделяющейся в топке котла при сгорании топлива.
Если бы этот процесс (нагрев впрыскиваемой воды до температуры кипения) отсутствовал, то данная полезная модель позволяла бы увеличить количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла, на величину, пропорциональную затратам теплоты на нагрев впрыскиваемой в топку котла воды до температуры кипения, и, тем самым, повысить тепловую эффективность котельной установки.
В предлагаемой полезной модели вода перед подачей на двухканальную форсунку подогревается до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°C). В результате вода после распыления в топке котла практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла на нагрев воды до кипения. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла, на величину пропорциональную затратам теплоты на нагрев впрыскиваемой в топку котла воды до температуры кипения, и, тем самым, повышается тепловая эффективность котельной установки.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в подаче в топку котла подогретой воды. В результате вода после распыления в топке котла практически сразу начинает испаряться (нет затрат теплоты в топке котла на нагрев нефтесодержащих вод до кипения). Это свойство не совпадает со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равно сумме этих свойств, и обеспечивает повышение тепловой эффективности котельной установки при впрыске в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания.
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 систему 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 также включает подогреватель воды 15, вход которого соединен с выходом регулируемого клапана, 13 а выход подключен ко второму входу двухканальной форсунки 9.
Осуществление полезной модели.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом
В известной полезной модели (прототипе) в установившемся режиме работы в топку котла 7 одновременно с топливом, поступающим на первый канал двухканальной форсунки 9 из топливной системы котла 14, на второй канал двухканальной форсунки 9 подается пресная вода. Она подается насосом 12 из цистерны пресной воды 11 через регулируемый клапан 13. Вода также как и топливо распыливается в топке котла, затем нагревается до температуры кипения и испаряется. Нагрев впрыскиваемой воды до температуры кипения требует определенных затрат теплоты, выделяющейся в топке котла при сгорании топлива, что ведет к снижению тепловой эффективности котельной установки.
В предлагаемой полезной модели вода с выхода регулируемого клапана 13 поступает на подогреватель воды 15, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°C). Вода, подогретая до температуры, близкой к температуре кипения, подается на второй канал двухканальной форсунки 9. В результате вода после распыления в топке котла 7 практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла на нагрев воды до кипения. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла 7, на величину пропорциональную затратам теплоты на нагрев впрыскиваемой в топку котла воды до температуры кипения, и, тем самым, повышается тепловая эффективность котельной установки.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в подаче в топку котла подогретой воды. В результате вода после распыления в топке котла практически сразу начинает испаряться (нет затрат теплоты в топке котла на нагрев нефтесодержащих вод до кипения). Это свойство не совпадает со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равно сумме этих свойств, и обеспечивает повышение тепловой эффективности котельной установки при впрыске в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания.