РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ
RESOURCE-SAVING BOILER UNIT

Изобретение относится к котельным агрегатам и может быть использовано на тепловых электрических станциях.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является котельный агрегат, содержащий экраны, пароперегреватель, воздухоподогреватель, вентилятор, золоуловитель, дымосос и дымовую трубу (см. А.П.Ковалев и др. «Парогенераторы», М., Энергоатомиздат, 1985, с.12-13, рис.1.1).
Недостатком котельного агрегата является сравнительно невысокая степень ресурсосбережения и очистки дымовых газов.
Технический результат - повышение эффективности ресурсосбережения и очистки дымовых газов.
Это достигается тем, что ресурсосберегающий котельный агрегат содержит экраны, пароперегреватель, воздухоподогреватель, вентилятор, золоуловитель, дымосос, дымовую трубу и скруббер, имеющий корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство, нижнюю опорно-распределительную тарелку и верхнюю ограничительную тарелку, между которыми расположен слой насадка, брызгоуловитель и устройство для отвода шлама, при этом нижняя опорно-распределительная и верхняя ограничительная тарелки и насадка выполнены из упругих материалов, а на нижней опорно-распределительной и верхней ограничительной тарелках установлен вибратор, причем насадка выполнена в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка или в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс», а форсунки оросительного устройства выполнены акустическими, содержащими корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора и трубки для подвода распыливающего агента и жидкости, причем корпус выполнен в виде стакана с днищем, с размещенным внутри корпуса генератором акустических колебаний в виде полого стержня с клиновой щелью и соплом, при этом жидкость поступает к кольцевому зазору, выполненному между внешней поверхностью резонатора и внутренней поверхностью сопла, причем канал для подвода жидкости расположен тангенциально к внутренней поверхности стакана и выполнен в форме прямоугольной щели, при этом газ подается через штуцер в корпусе к отверстию резонатора, а затем поступает, по крайней мере, в одну клиновую щель, расположенную под углом по отношению к оси резонатора, причем величина угла находится в интервале величин 30-60°, а в кольцевом зазоре между внутренней поверхностью стакана и внешней поверхностью резонатора размещено винтовое направляющее устройство, способствующее созданию вихревого потока жидкости, поступающей по каналу.
2
2
2
1
2
1
4
4
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
Отношение расстояния h от внешней поверхности днища корпуса акустической форсунки до нижнего торца ее клапана к расстоянию h от внешней поверхности днища корпуса до точки пересечения осей внутреннего отверстия резонатора с клиновой щелью лежит в интервале величин: h/h=6÷10; отношение расстояния h от внешней поверхности днища корпуса до нижнего торца клапана к расстоянию h от внешней поверхности днища корпуса до оси канала подвода жидкости лежит в интервале величин: h/h=1,5÷3; отношение диаметра d внутреннего отверстия резонатора к диаметру d внутренней поверхности корпуса лежит в интервале величин: d/d=0,1÷0,3; отношение диаметра d внутреннего отверстия резонатора к диаметру d внешней поверхности резонатора лежит в интервале величин: d/d=0,3÷0,7; отношение диаметра d сопла к диаметру d внешней поверхности резонатора лежит в интервале величин: d/d=1,3÷1,7; отношение диаметра d сопла к расстоянию h от внешней поверхности днища корпуса до оси канала подвода жидкости лежит в интервале величин: d/h=3,5÷4,5; отношение диаметра d внутреннего отверстия резонатора к расстоянию h от внешней поверхности днища корпуса до точки пересечения осей внутреннего отверстия резонатора с клиновой щелью лежит в интервале величин: d/h=0,3÷0,7.
На фиг.1 изображена схема котельного агрегата, на фиг.2 - общий вид скруббера, на фиг.3 - фронтальный разрез акустической форсунки для распыливания жидкости.
Ресурсосберегающий котельный агрегат (фиг.1) содержит экраны 1, пароперегреватель 2, скруббер 3, воздухоподогреватель 4, вентилятор 5, золоуловитель 6, дымосос 7 и дымовую трубу 8.
Скруббер 3 (фиг.2) содержит корпус 9 с патрубками 10 и 11 соответственно для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство 15, нижнюю опорно-распределительную тарелку 12 и верхнюю ограничительную тарелку 14, между которыми расположен слой насадка 13, брызгоуловитель 17 и устройство для отвода шлама 16 (фиг.2). Нижняя 12 опорно-распределительная и верхняя 14 ограничительная тарелки и насадка 13 выполнены из упругих материалов. На нижней опорно-распределительной тарелке 12 может быть установлен вибратор (на чертеже не показано). На верхней ограничительной тарелке 14 может быть установлен вибратор (на чертеже не показано). На нижней 12 опорно-распределительной и верхней 14 ограничительной тарелках может быть установлено по вибратору (на чертеже не показано).
Насадка 13 выполнена в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка или в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс» (на чертеже не показано).
Насадка 13 выполнена в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка (на чертеже не показано) или в виде винтовой линии, образованной на цилиндрической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс» (на чертеже не показано).
Насадка 13 выполнена в виде тороидальных колец (на чертеже не показано) или в виде тороидальных колец, имеющих профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс» (на чертеже не показано).
Насадка 13 выполнена из упругих полимерных материалов, композиционных материалов и получена способами формования или спекания.
Брызгоуловитель 17 выполнен в виде концентрично расположенных цилиндрических колец толщиной 1…2 мм и с расстоянием между ними 3…4 мм. Брызгоуловитель выполнен в виде концентрично расположенных колец, имеющих в сечении, проходящем через ось кольца, зигзагообразный профиль, например синусоидальный, причем толщина колец 1…2 мм, а расстояние между ними 3…4 мм. Брызгоуловитель выполнен в виде концентрично расположенных колец, имеющих в сечении, проходящем через ось кольца, профиль, состоящий из последовательно соединенных кругов, причем толщина колец по максимальной толщине 3…4 мм, а расстояние между ними 4…5 мм (на чертеже не показано).
Оросительное устройство 15 выполнено в виде акустической форсунки (фиг.3) для распыливания жидкостей, которая содержит корпус 29, выполненный в виде стакана с днищем 30, с размещенным внутри корпуса генератором акустических колебаний в виде полого стержня 22 с клиновой щелью 23 и соплом 18. Жидкость поступает к кольцевому зазору, выполненному между внешней поверхностью резонатора 22 и внутренней поверхностью сопла 18, а затем в кольцевой зазор 19 между внутренней поверхностью корпуса 29 и внешней поверхностью стакана 32. После чего по каналу 33, выполненному в боковой стенке стакана 32, установленного соосно корпусу 29, жидкость поступает в кольцевой зазор между внутренней поверхностью стакана 32 и внешней поверхностью резонатора 22, причем канал 33 расположен тангенциально к внутренней поверхности стакана 32 и выполнен в форме прямоугольной щели.
Воздух подается через штуцер 24, расположенный соосно корпусу 29 форсунки по трубке 20 с отверстием 25, отверстию 27, выполненному в клапане 26, соосно штуцеру 24 и отверстию 21 резонатора 22, а затем поступает по крайней мере в одну клиновую щель 23. Клиновая щель 23 расположена под углом по отношению к оси резонатора 22, причем величина угла находится в оптимальном интервале величин: 30÷60°. Клапан 26 взаимодействует с седлом 28, выполненным за одно целое с резонатором 22 и опирающимся на упругую прокладку 31, расположенную между торцевыми поверхностями стакана 32 и седла 28. В кольцевом зазоре между внутренней поверхностью стакана 32 и внешней поверхностью резонатора 22 размещено винтовое направляющее устройство 34, способствующее созданию вихревого потока жидкости, поступающей по каналу 33.
Для работы форсунки в оптимальном режиме предусмотрены следующие соотношения ее параметров:
2
2
отношение расстояния h от внешней поверхности днища 30 корпуса 29 до нижнего торца клапана 26 к расстоянию h от внешней поверхности днища 30 корпуса 29 до точки пересечения осей внутреннего отверстия 21 резонатора 22 с клиновой щелью 23 лежит в оптимальном интервале величин: h/h=6÷10;
2
1
2
1
отношение расстояния h от внешней поверхности днища 30 корпуса 29 до нижнего торца клапана 26 к расстоянию h от внешней поверхности днища 30 корпуса 29 до оси канала 33 подвода жидкости лежит в оптимальном интервале величин: h/h=1,5÷3;
4
4
отношение диаметра d внутреннего отверстия 21 резонатора 22 к диаметру d внутренней поверхности корпуса 29 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=0,1÷0,3;
1
1
отношение диаметра d внутреннего отверстия 21 резонатора 22 к диаметру d внешней поверхности резонатора 22 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=0,3÷0,7;
2
1
2
1
отношение диаметра d сопла 18 к диаметру d внешней поверхности резонатора 22 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,3÷1,7;
2
1
2
1
отношение диаметра d сопла 18 к расстоянию h от внешней поверхности днища 30 корпуса 29 до оси канала 33 подвода жидкости лежит в оптимальном интервале величин: d/h=3,5÷4,5;
отношение диаметра d внутреннего отверстия 21 резонатора 22 к расстоянию h от внешней поверхности днища 30 корпуса 29 до точки пересечения осей внутреннего отверстия 21 резонатора 22 с клиновой щелью 23 лежит в оптимальном интервале величин: d/h=0,3÷0,7.
Ресурсосберегающий котельный агрегат работает следующим образом.
Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводят в топку котла через специальные устройства. При сжигании жидких топлив горелки являются распылителями. Топка в верхней части соединяется горизонтальным газоходом с призматической вертикальной шахтой, называемой по основному виду происходящего в ней теплообмена конвективной шахтой. В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте устанавливаются трубные элементы пароводяного (экраны 1, пароперегреватели 2, скрубберы 3) и воздушного (воздухонагреватели 4) трактов. Образовавшиеся в результате окисления топлива газы имеют температуру в зоне горения примерно 1500°С. В топке они частично охлаждаются и с температурой 900…1200°С поступают в горизонтальный газоход, где омывают пароперегреватель 2 и направляются в конвективную шахту. Продукты сгорания за последней поверхностью нагрева (уходящие газы), имеющие температуру 110…160°С, с помощью дымососа 7 удаляются в дымовую трубу 8. При работе на жидких топливах вместо трубчатого воздухоподогревателя 4 обычно устанавливают регенеративный воздухоподогреватель (РВП).
На котлах, сжигающих твердое топливо, перед дымососом 7 устанавливают газоочистные устройства - золоуловители 6. Эффективность их работы в большой степени зависит от физико-химических свойств улавливаемой золы и поступающих в золоуловитель дымовых газов. Основными характеристиками золы являются плотность, дисперсный состав, электрическое сопротивление, слипаемость.
Эффективность работы скруббера во многом зависит от степени распыла орошаемой жидкости.
Скруббер работает следующим образом.
Запыленный газовый поток поступает в корпус 9 через ввод запыленного газового потока 10 и встречает на своем пути завесу из насадки 13, которая смачивается водой или другим абсорбентом из оросительного устройства 14. Для удаления шлама применено устройство 15 для удаления шлама в виде канала в днище корпуса или отдельного механизма. Для обеспечении свободного перемещения насадки 13 в газожидкостной смеси ее плотность не должна превышать плотности жидкости. Процесс пылеулавливания протекает в оптимальном гидродинамическом режиме газопромывателя, характеризующемся режимом полного развитого псевдоожижения. Для интенсификации гидродинамического режима на нижней опорно-распределительной тарелке 12 может быть установлен вибратор (на чертеже не показан), или верхней ограничительной тарелке 14 может быть установлен вибратор (на чертеже не показан), или одновременно на нижней 12 опорно-распределительной и верхней 14 ограничительной тарелках может быть установлено по вибратору (на чертеже не показаны). Это позволит скрубберу перейти в режим вибропсевдоожиженного слоя, при котором увеличится эффективность взаимодействия насадка 13, орошаемого жидкостью, с газовой фазой, а следовательно, и увеличит эффективность работы аппарата в целом. Выполнение насадки 13, нижней 12 опорно-распределительной и верхней 14 ограничительной тарелок из упругого материала позволит при определенных условиях создавать режим колебаний или автоколебаний, который также будет способствовать увеличению эффективности взаимодействия насадка 13 с орошаемой жидкостью. При этом для снижения виброакустической активности аппарата и его металлоемкости, а также повышения его надежности в предлагаемом устройстве предусмотрены следующие мероприятия: на поверхности деталей нанесен слой мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17 (на чертеже не показано), причем соотношение между толщиной металла и вибродемпфирующего покрытия находится в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…4).
Акустическая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом. Распыливающий агент, например воздух, подается по отверстию 25 трубки 20, затем отверстию 27, выполненному в клапане 26, и отверстию 21 резонатора 22, после чего поступает по крайней мере в одну клиновую щель 23. Жидкость по каналу 33, выполненному в боковой стенке стакана 32, поступает в кольцевой зазор между внутренней поверхностью стакана 32 и внешней поверхностью резонатора 22. В результате прохождения резонатора 22 распыливающим агентом (например воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию раствора, подаваемого в кольцевой зазор, при этом, ударяясь, создает звуковые колебания, воздействующие на струю жидкости. Указанная форсунка обеспечивает хорошее качество распыления при малых расходах воздуха. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм.