Патент на изобретение №2305817

(54) КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для производства тепловой энергии и может быть использовано в энергетике. Котельная установка включает топку и газоход, в опускной конвективной части которого расположены экономайзерная поверхность и поверхность разделения, в радиационной части – экранная поверхность и часть пароперегревательной, а другая часть пароперегревательной поверхности размещена в горизонтальной части газохода, узлы химической водоподготовки, водяной подпитки и удаления примесей соли из котловой воды. Установка снабжена системой контроля, представляющей собой сканирующие датчики инфракрасного излучения, размещенные в газоходе у экранной, пароперегревательной поверхностей и поверхности разделения и связанные с горелочным устройством и узлами удаления примесей соли, химводоподготовки, водяной подпитки. Изобретение обеспечивает контроль за образованием солевых отложений внутри поверхностей котельной установки и позволяет исключить аварийные ситуации при работе установки. 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к технологии производства тепловой энергии с помощью сжигания топлива и передаче теплоты сгорания рабочей среде через поверхности теплообмена. Оно может быть использовано в теплогенерирующих агрегатах, в которых рабочей средой является вода.

Известна котельная установка, содержащая узел химической водоподготовки, узел водяной подпитки, топку для сжигания топлива, узел удаления примесей соли из котловой воды. Стены топки выполнены в виде трубчатых поверхностей, соединенных в панели коллекторами: внизу топки – по воде, вверху топки – по пароводяной смеси. Панели соединены с барабаном котельной установки. Барабан в верхней части соединен через пароперегреватель с главным трубопроводом пара, а в нижней части соединен через экономайзер с трубопроводом возврата конденсата пара и через узел водяной подпитки с узлом химической водоподготовки (см. книгу Ковалев А.П. и др. Парогенераторы. – М.: Энергоатомиздат, 1985, с.23). Узел удаления примесей соли из котловой воды подключен к барабану котла.

При работе котельной установки теплота от продуктов сгорания топлива по ходу движения газов подводится к рабочей среде – воде в топке котла, к экранным поверхностям нагрева, затем к пароперегревательным и экономайзерным. Экономайзерные поверхности подсоединены к барабану котла, в котором происходит разделение среды на пар и жидкость, а также удаление солевых примесей. Удаление солевых примесей осуществляют путем периодической продувки, заключающейся в сливе воды с концентрированным раствором соли из барабана котла в дренаж.

Однако в процессе работы внутри поверхностей нагрева образуются солевые отложения, которые увеличивают термическое сопротивление. При этом возрастает расход топлива на генерацию теплоты и при большой толщине возникает пережог металла труб и разрыв труб.

Другим следствием является нарушение гидродинамики циркуляции воды в пароводяном контуре и возникновение опасных аварийных режимов работы котельной установки, таких как застой и опрокидывание циркуляции.

Для контроля величины солевых отложений вначале осуществляют остановку работы котла, его расхолаживание, затем вырезку образцов труб и измерение инструментальными методами толщины солевых отложений.

Отсюда недостатками известной установки являются отсутствие контроля солевых отложений внутри труб экранных поверхностей и пароперегревателя в процессе работы установки, а также невозможность воздействия на интенсивность образования внутритрубных солевых отложений экранов и пароперегревателя.

Кроме того, вышеупомянутая котельная установка не может работать при критических и закритических параметрах пара, так как в барабане котла из-за однофазности среды продувка не может быть осуществлена.

Известна котельная установка, содержащая топку для сжигания топлива, имеющую экономайзерную, экранную, пароперегревательную поверхности и поверхность разделения, при этом экономайзерная поверхность и поверхность разделения расположены в опускном конвективном газоходе, экранная поверхность и часть пароперегревательной размещены в радиационной части газохода, а другая часть размещена в горизонтальной части газохода, узелы химической водоподготовки, водяной подпитки и удаления примесей соли из котловой воды. Стены топки выполнены в виде трубчатых поверхностей, соединенных в панели коллекторами: внизу топки – по воде, вверху топки – по пароводяной смеси. Панели соединены с вынесенной в конвективный газоход топки поверхностью разделения, которая в свою очередь соединена с пароперегревателем. Известная котельная установка не имеет барабана в верхней части. Воду после экономайзера направляют в экранные поверхности нагрева топки, а после экранных поверхностей в виде пароводяной смеси направляют в поверхность разделения (см. книгу Двойнишников С.Г. и др. Компоновка паровых котлов. – М.: Высшая школа, 1988, с.82. – прототип). Узел удаления примесей соли из воды конструктивно представляет собой циклонный сепаратор, который размещают после поверхности разделения. Слив воды с высокой концентрацией соли из сепаратора осуществляют периодически без учета интенсивности образования накипи на внутренних экранных и пароперегревательных поверхностях. Солевые отложения внутри труб удаляют периодической промывкой внутритрубного пространства котла после его расхолаживания. Прототипу присущи те же недостатки, которые имеет аналог, за исключением возможности работы на критических и закритических параметрах пара.

Задачей настоящего технического решения является предотвращение опасных аварийных режимов работы установки путем контроля образования солевых отложений внутри труб экранных, пароперегревательных поверхностей и поверхностей разделения в работающей котельной установке (без ее расхолаживания).

Это достигается тем, что котельная установка, включающая топку для сжигания топлива, имеющую горелочное устройство и газоход, в опускной конвективной части которого расположены экономайзерная поверхность и поверхность разделения, в радиационной части – экранная поверхность и часть пароперегревательной, а другая часть пароперегревательной поверхности размещена в горизонтальной части газохода, узлы химической водоподготовки, водяной подпитки и удаления примесей соли из котловой воды, снабжена системой контроля, представляющей собой сканирующие датчики инфракрасного излучения, размещенные в газоходе у экранной, пароперегревательной поверхностей и поверхности разделения, и связанные с горелочным устройством и узлами удаления примесей соли, химводоподготовки, водяной подпитки.

На чертеже приведена схема предлагаемой котельной установки.

Установка включает топку, имеющую горелочное устройство 1, расположенное в радиационной части газохода 2, в которой размещена экранная поверхность 3 и часть пароперегревательной поверхности 4, другая часть которой 5 расположена в горизонтальной части газохода 6. В опускной конвективной части газохода 7 размещены экономайзерная 8 и поверхность разделения 9, которая соединена с узлом удаления примесей соли 10. Экономайзерная поверхность подключена к циркуляционному трубопроводу 11, к которому последовательно подключены узлы химводоподготовки 12 и водоподпитки 13. В газоходе размещены сканирующие датчики 14.

Котельная установка работает следующим образом.

Котловую воду подают насосом (не показан) через циркуляционный трубопровод 11 в экономайзерные трубчатые поверхности 8, размещенные в опускном конвективном газоходе 7. В экономайзерных поверхностях воду нагревают до температуры начала кипения при соответствующем давлении. После экономайзера нагретую воду подают в экранные поверхности 3, размещенные в радиационной части газохода 2. В экранных поверхностях воду нагревают до температуры интенсивного кипения и подают в выносную нагревательную поверхность разделения 9, размещенную в опускной конвективной части газохода 7, в которой происходит нагрев до состояния сухого насыщенного пара, и одновременно через узел удаления примесей соли 10 происходит продувка и удаление солевых примесей из парового объема. Затем пар подают в радиационно-конвективную пароперегревательную поверхность 4, 5, размещенную частично в верхней зоне радиационной части 2 и в горизонтальном газоходе 6. В пароперегревательной поверхности пар перегревают и направляют в устройства дальнейшей подготовки перед подачей его в паровую турбину (на чертеже турбина не показана). После турбины пар конденсируют и конденсат готовят в устройствах (не показаны) для подачи его через циркуляционный трубопровод 11 в экономайзерные поверхности 8. Потери воды восполняют по трубопроводу 11 от узла подпитки 13 водой, прошедшей через узел химводоочистки 12.

Интенсивность образования отложений солей внутри труб экранных поверхностей 3, пароперегревательных поверхностей 4, 5, поверхностей разделения 9 контролируют при помощи бесконтактных инфракрасных сканирующих датчиков 14, предварительно тестированных (отградуированных) по чистым (без внутренних отложений) поверхностям нагрева и связанных с горелочным узлом топки 1, узлом удаления солевых примесей 10, узлом подпитки 13 и узлом химводоочистки 12. При росте отложений накипи внутри труб возрастание термического сопротивления и перегрев трубы дает сигнал инфракрасного излучения, который фиксируется инфракрасным датчиком 14. Затем этот сигнал передается на исполнительные механизмы узла топки 1 для регулирования подачи топлива и уменьшения теплонапряженности в районе локального перегрева трубы. Одновременно сигнал поступает в узел удаления солевых примесей 10 для увеличения слива воды с высокой концентрацией соли, в узел подпитки 13 для восполнения массы слитой воды и на узел химводоподготовки 12 для дополнительной очистки воды. Для определения остаточного ресурса работы котла осуществляют сканирование датчиками всех поверхностей нагрева и сбор информации о дальнейшей надежности и работоспособности котла.

Формула изобретения

Котельная установка, включающая топку для сжигания топлива, имеющую горелочное устройство и газоход, в опускной конвективной части которого расположены экономайзерная поверхность и поверхность разделения, в радиационной части – экранная поверхность и часть пароперегревательной, а другая часть пароперегревательной поверхности размещена в горизонтальной части газохода, узлы химической водоподготовки, водяной подпитки и удаления примесей соли из котловой воды, отличающаяся тем, что она снабжена системой контроля, представляющей собой сканирующие датчики инфракрасного излучения, размещенные в газоходе у экранной, пароперегревательной поверхностей и поверхности разделения и связанные с горелочным устройством и узлами удаления примесей соли, химводоподготовки, водяной подпитки.

РИСУНКИ