Котельная установка

Полезная модель относится к котлостроению и предназначена для повышения эффективности котельной установки. Может быть использована при проектировании и изготовлении котлов, в том числе судовых.
Одним из направлений повышения эффективности котельной установки, является снижение ее тепловых потерь. Одни из основных потерь это потери теплоты с уходящими газами (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: учебное пособие. - 2-e изд. перераб. и доп. - Л.: судостроение, 1988. 296 с., ил., стр. 73). Потери теплоты с уходящими газами в свою очередь определяются теплоемкостью уходящих газов, их температурой и массой.
Известна полезная модель котельной установки с сажеобдувочным устройством (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: учебное пособие. - 2-e изд. перераб. и доп. - Л.: судостроение, 1988. 296 с, ил., стр. 170). Здесь производится периодический обдув поверхностей нагрева котельной установки и тем самым с них сдувается слой сажи, золы и других продуктов сгорания, которые откладываются в процессе эксплуатации котельной установки. В результате уходящие газы более интенсивно отдают теплоту поверхностям нагрева котельной установки и соответственно их температура на выходе котельной установки уменьшается. А это в свою очередь ведет к повышению эффективности котельной установки. Однако оборудование котельной установки сажеобдувочным устройством ведет к ее удорожанию и усложнению в эксплуатации.
Также известна полезная модель котельной установки с развитыми поверхностями нагрева. Эти котельные установки оборудуются экономайзерами, подогревателями воздуха, перегревателями пара (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: учебное пособие. - 2-e изд. перераб. и доп. - Л.: судостроение, 1988. 296 с., ил., стр. 8-11). Их наличие ведет к существенному снижению температуры уходящих газов, что в свою очередь ведет к повышению эффективности котельной установки. Однако оборудование котельной установки такими устройствами также ведет к ее удорожанию и усложнению в эксплуатации.
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., см. также положительное решение о выдаче патента на полезную модель по заявке №2018141463/06(069105) от 26.11.2018 «Котельная установка», заявитель ФГБОУ ВО «ВГУВТ», авторы: А.Г. Чичурин, Ю.И. Матвеев, Шураев О.П., Данилов И.А.). 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 и воздухонаправляющим аппаратом с регулируемой воздушной заслонкой (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: учебное пособие .- 2-e изд. перераб. и доп. - Л.: судостроение, 1988. 296 с., ил., стр. 9).
Работа известной котельной установки начинается на легком топливе. При этом в топку котла подается необходимое количество воздуха (порядка 15 кг на 1 кг топлива). Его количество определяется из условия обеспечения полного окисления горючих элементов в составе топлива в топке котельной установки (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: учебное пособие. - 2-e изд. перераб. и доп. - Л.: судостроение, 1988. 296 с, ил., стр. 41-45). Затем производится перевод котельной установки на водотопливную эмульсию. Согласно современным представлениям, в составе водотопливной эмульсии может быть до 20% воды. В топке котла происходит более эффективное сгорание водотопливной эмульсии, чем "чистого" топлива, 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.).
В рассматриваемой полезной модели потери теплоты с уходящими газами уменьшаются за счет снижения их температуры вследствие затрат теплоты на нагрев и испарение воды входящей в состав водотопливной эмульсии. Однако поскольку в составе водотопливной эмульсии количество топлива уменьшается на массу воды, входящей в ее состав, то для обеспечения процесса горения топлива в составе водотопливной эмульсии нужно воздуха меньше на величину, пропорциональную содержанию воды в составе водотопливной эмульсии. Неиспользованный для горения воздух нагревается теплотой, выделившейся при сгорании топлива, и уходит в составе уходящих газов в дымоход. В результате, возрастает масса уходящих газов и, соответственно, будут возрастать тепловые потери, вносимые уходящими газами.
Таким образом, в рассматриваемой полезной модели, применение водотопливной эмульсии с одной стороны повышает эффективность котельной установки, а с другой ведет к повышению тепловых потерь с уходящими газами.
Задачей полезной модели является повышение эффективности котельной установки, применяющей в качестве топлива водотопливную эмульсию, путем регулировки количества воздуха, подаваемого в топку котельной установки в соответствии с количеством топлива в составе водотопливной эмульсии.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что известной полезной модели котельной установки, включающей котел с топливной форсункой, газоходом с подключенным к нему газоанализатором и воздухо-направляющим аппаратом с воздушной заслонкой, а также топливную систему котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, перегреватель топлива, выход которого соединен с входом топливной форсунки котла, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков, систему приготовления водотопливной эмульсии и расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии, дополнительно введен блок управления воздухонаправляющим аппаратом, вход, которого подключен к информационному выходу системы приготовления водотопливной эмульсии, а выход соединен с информационным входом воздухонаправляющего аппарата.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Работа известной котельной установки начинается на легком топливе. При этом в топку котла подается необходимое количество воздуха (порядка 15 кг на 1 кг топлива). Его количество определяется из условия обеспечения полного окисления горючих элементов в составе топлива в топке котельной установки (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: учебное пособие. - 2-e изд. перераб. и доп. - Л.: судостроение, 1988. 296 с., ил., стр. 41-45). Затем производится перевод котельной установки на водотопливную эмульсию. Согласно современным представлениям, в составе водотопливной эмульсии может быть до 20 и более % воды. В топке котла происходит более эффективное сгорание водотопливной эмульсии, чем одного топлива, 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 при этом будут возрастать тепловые потери, связанные с уходящими газами. Действительно, так как в составе водотопливной эмульсии количество топлива уменьшается на массу воды, входящей в ее состав, то для обеспечения процесса горения топлива в составе водотопливной эмульсии нужно воздуха меньше на величину, пропорциональную содержанию воды в составе водотопливной эмульсии. Так, например, если при работе котельной установки в обычном режиме в топку котла подается 15 кг воздуха в расчете на 1 кг топлива, то количество   неиспользованного при горении воздуха при применении водотопливной эмульсии с 20% содержанием воды будет составлять порядка 3 кг. Неиспользованный для горения воздух нагревается теплом, выделившимся при сгорании топлива, и уходит в составе уходящих газов в дымоход. В результате возрастает масса уходящих газов (в рассмотренном случае на 3 кг) и соответственно будут возрастать тепловые потери, вносимые уходящими газами.
Таким образом, применение водотопливной эмульсии с одной стороны повышает эффективность котельной установки, а с другой ведет к повышению тепловых потерь с уходящими газами.
В предлагаемой полезной модели при применении водотопливной эмульсии предусмотрена регулировка количества воздуха, подаваемого в топку котельной установки в зависимости от количества топлива в составе водотопливной эмульсии. Для этого осуществляется процесс непрерывного определения процентного содержания воды в составе водотопливной эмульсии, подаваемой в топку котельной установки и на основе полученных данных, вычисляется количество воздуха, которое нужно подать в топку котельной установки для обеспечения процесса полного сгорания топлива в составе водотопливной эмульсии, подаваемой в топку котельной установки. Например, если при работе на топливе для сжигания 1 кг топлива подавалось 15 кг воздуха, то при переходе на водотопливную эмульсию, приготовленную на основе этого топлива, с содержанием воды 20%, воздуха будет подаваться на 20% меньше, то есть 12 кг. В результате этого снижается масса уходящих газов (в рассматриваемом случае на 3 кг в расчете на 1 кг топлива) и соответственно снижаются тепловые потери, вносимые уходящими газами, и соответственно повышается эффективность котельной установки,
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в регулировании количества воздуха, подаваемого в топку котельной установки в соответствии с количеством топлива в составе водотопливной эмульсии, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности котельной установки,
Краткое описание чертежей.
На Фиг. приведена схема отельной установки.
Котельная установка, включает котел 1 с топливной форсункой 2, газоходом 3 с подключенным к нему газоанализатором 17 и воздухонаправляющим аппаратом 14 с воздушной заслонкой 15, а также топливную систему котла 4, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива 10, топливный насос 9, фильтр грубой очистки 8, подогреватель топлива 7, фильтр тонкой очистки 6, перегреватель топлива 5, выход которого соединен с входом топливной форсунки 2 котла 1, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков 12, систему приготовления водотопливной эмульсии 11 и расходную цистерну 13, при этом один вход переключателя вида топлива 10 подключен к расходной цистерне 13, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии 11, а также содержит блок управления воздушной заслонкой 16, вход, которого подключен к информационному выходу системы приготовления водотопливной эмульсии 11, а выход соединен с информационным входом воздухонаправляющего аппарата 14.
Осуществление полезной модели.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Работа котельной установки, обычно, начинается на легких сортах топлива, которое здесь находится в расходной цистерне 13. Для этого переключатель 10 устанавливается в положение Б. При этом топливо из расходной цистерны 13 будет последовательно проходить основные элементы топливной системы 4 и через форсунку 2 выдаваться в топку котла 1. Для обеспечения сгорания топлива в топку котла 1 воздухонаправляющим аппаратом 14 подается воздух. Количество воздуха регулируется воздушной заслонкой 15 и выбирается из условия обеспечения полного окисления горючих элементов в составе топлива в топке котельной установки, что составляет порядка 15 кг на 1 кг топлива.
Затем производится перевод котельной установки на водотопливную эмульсию. Для обеспечения работы котельной установки на водотопливной эмульсии переключатель вида топлива 10 ставится в положение А. Система приготовления водотопливной эмульсии 11 на основе содержимого цистерны нефтеостатков 12 формирует водотопливную эмульсию с заданными параметрами и через переключатель вида топлива 10 забирается топливным насосом 9 и выдается через фильтр грубой очистки 8, подогреватель топлива 7, фильтр тонкой очистки 6, и далее на вход топливной форсунки 2 котла 1. Топливная форсунка 2 распыляет водотопливную эмульсию в топке котла 1.
Согласно современным представлениям, в составе водотопливной эмульсии может быть до 20% и более воды. В топке котла происходит более эффективное сгорание водотопливной эмульсии, чем "чистого" топлива, 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 при этом будут возрастать тепловые потери, связанные с уходящими газами. Действительно, так как в составе водотопливной эмульсии количество топлива уменьшается на массу воды, входящей в ее состав, то для обеспечения процесса горения топлива в составе водотопливной эмульсии нужно воздуха меньше на величину, пропорциональную содержанию воды в составе водотопливной эмульсии. Так, например, если при работе котельной установки в обычном режиме в топку котла подается 15 кг воздуха в расчете на 1 кг топлива, то количество неиспользованного при горении воздуха при применении водотопливной эмульсии с 20% содержанием воды будет составлять порядка 3 кг. Неиспользованный для горения воздух нагревается теплотой, выделившейся при сгорании топлива, и уходит в составе уходящих газов в дымоход. В результате возрастает масса уходящих газов (в рассмотренном случае на 3 кг) и соответственно будут возрастать тепловые потери, вносимые уходящими газами.
Таким образом, применение водотопливной эмульсии в известной полезной модели с одной стороны повышает эффективность котельной установки, а с другой ведет к повышению тепловых потерь с уходящими газами.
В предлагаемой полезной модели при применении водотопливной эмульсии предусмотрена регулировка количества воздуха, подаваемого в топку котельной установки в зависимости от количества топлива в составе водотопливной эмульсии. Для этого с системы приготовления водотопливной эмульсии 11, на информационный вход блока управления воздушной заслонкой 16 непрерывно поступает информация о процентном содержании воды в составе водотопливной эмульсии, выдаваемой в топку котла 1, с системы приготовления водотопливной эмульсии 11. Блок управления воздушной заслонкой 16 на основе информации о процентном содержании воды в составе водотопливной эмульсии, выдает на воздухонаправляющий аппарат 14 управляющий сигнал, задающий положение воздушной заслонки 15. Воздушная заслонка 15 отклоняется на заданный угол в соответствии с этим управляющим сигналом. В результате в топку котла 1 будет поступать воздух в количестве, соответствующем количеству топлива в составе водотопливной эмульсии, поступающей в топку котла 1. Это количество меньше чем в известной полезной модели. Например, если при работе на топливе для сжигания 1 кг топлива подавалось 15 кг воздуха, то при переходе на водотопливную эмульсию, приготовленную на основе этого топлива, с содержанием воды 20%, воздуха будет подаваться на 20% меньше, то есть 12 кг. В результате этого снижается масса уходящих газов (в рассматриваемом случае на 3 кг в расчете на 1 кг топлива) и соответственно снижаются тепловые потери, вносимые уходящими газами, и соответственно повышается эффективность котельной установки,
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в регулировании количества воздуха, подаваемого в топку котельной установки в соответствии с количеством топлива в составе водотопливной эмульсии, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности котельной установки.