ДАНИЛИН, Евгений Алексеевич (ул. Архитекторов, д. 22 кв. 94, Харько, 61174 Kharkov, UA)
ДАНИЛИН, Евгений Алексеевич (ул. Архитекторов, д. 22 кв. 94, Харько, 61174 Kharkov, UA)
| формула изобретения
1. котел-утилизатор, содержащий патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, снабженный циклонной камерой сгорания, включающей горелочное устройство, в которую тангенциально подведен патрубок подвода дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов, отличающийся тем, что котел-утилизатор снабжен системой обогащения дымовых газов топливом и воздухом, которая связана с патрубком подвода дымовых газов, реактор дополнительно содержит, по меньшей мере, одну циклонную камеру сгорания и снабжен камерой дожига, связанной с циклонными камерам сгорания и образующей совместно с ними рабочий объем реактора.
2. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что на выходе из реактора установлена диафрагма, выходное отверстие которой связывает реактор с системой утилизации тепла, при этом площадь выходного отверстия диафрагмы определяется следующей зависимостью: 0,44<Si/S 2 ≤0,9 где:
Si - площадь выходного отверстия диафрагмы, м 2 ; Sг - площадь основания камеры дожига, м 2 .
3. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что отношение объема камеры дожига к рабочему объему реактора определяется следующей зависимостью:
0,43<Vi/V 2 <0,85 где: Vi - объем камеры дожига, м 3 ;
Vг - рабочий объем реактора, м 3 .
4. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что к каждой циклонной камере сгорания тангенциально примыкает, по меньшей мере, один дополнительный патрубок подвода дымовых газов.
5. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что в патрубке подвода дымовых газов установлена заслонка.
6. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что камера дожига содержит, по меньшей мере, один выступ, размещенный на внутренней стенке камеры дожига и имеющий следующие размеры:
0,05d<a<0,5d 0,5d<b≤25d 0°<α<90°
где: а - высота выступа, м; b - длина выступа, м; d - диаметр циклонной камеры сгорания, м; α - угол наклона выступа к основанию камеры дожига, град.
7. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что на выходе из реактора установлена решетка.
8. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что камера дожига и циклонные камеры сгорания выполнены из огнеупорных и теплоизоляционных материалов.
9. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что в патрубке отвода дымовых газов установлена дополнительная система утилизации тепла, включающая теплообменные поверхности.
10. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что к патрубку отвода дымовых газов примыкает принудительная система отвода дымовых газов, включающая тягодутьевое устройство.
11. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что в патрубке подвода дымовых газов установлена турбулизирующая решетка.
12. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что в циклонной камере сгорания горелочное устройство расположено аксиально.
13. котел-утилизатор по п. 1 , отличающийся тем, что каждая циклонная камера сгорания оснащена дополнительной диафрагмой, отверстие которой связывает циклонную камеру сгорания с камерой дожига, при этом площадь отверстия определяется следующей зависимостью:
0,44<Sз/S 4 <0,9 где: Sз - площадь отверстия, м 2 ;
S 4 - площадь основания циклонной камеры сгорания, м 2 . |
котел-утилизатор
область техники
котел-утилизатор предназначен для обезвреживания и утилизации тепла дымовых газов и может быть использован в коксохимической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.
предшествующий уровень техники
известен котел-утилизатор, содержащий патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, включающий горелочное устройство, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности теплообменников (см. авт. свидетельство ссср Ne 1572145, мпк F22B 1/18, опубл. 27.12.95р.).
недостатком известного котла-утилизатора является низкая степень очистки дымовых газов, что приводит к налипанию смолистых и углеродистых примесей на теплообменные поверхности теплообменников. известный котел-утилизатор не позволяет полностью дожечь примеси, содержащиеся в дымовых газах, что снижает эффективность работы теплообменных поверхностей.
известен котел-утилизатор, выбранный в качестве прототипа, содержащий патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, снабженный циклонной камерой сгорания, включающей горелочное устройство, в которую тангенциально подведен патрубок подвода дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов, (см. авт. свидетельство ссср Ne 1188454, мпк F23G 7/06, опубл. 30.10.85р.). система утилизации тепла содержит радиационный теплообменник, который примыкает к камере сгорания, а также конвективный теплообменник.
недостатком известного котла-утилизатора является низкая степень очистки дымовых газов, обусловленная тем, что радиационный теплообменник
примыкает к камере сгорания, что приводит к резкому падению температуры на выходе из реактора, а также приводит к интенсивному налипанию смолистых и углеродистых примесей на теплообменные поверхности радиационного и конвективного теплообменников. также недостатком котла-утилизатора является низкая эффективность смешивания горючих компонентов, содержащихся в дымовых газах, с воздухом и топливом, которые подаются через горелочное устройство в реактор, что, в свою очередь, приводит к нестабильному температурному полю и к неполному сгоранию примесей, содержащихся в дымовых газах. наличие в дымовых газах несгоревших примесей приводит к недостаточной степени обезвреживания дымовых газов, с одной стороны, а, с другой стороны, к загрязнению теплообменных поверхностей радиационного и конвективного теплообменников смолами и углеродистыми частицами, которые образуют отложения на теплообменных поверхностях теплообменников, что приводит к низкой степени утилизации тепла и снижению надежности работы котла-утилизатора.
интенсивное образование отложений на теплообменных поверхностях приводит к их быстрому загрязнению, что снижает надежность работы котла- утилизатора и эффективность утилизации тепла (кпд) котла-утилизатора.
раскрытие изобретения
задачей настоящего изобретения является создание котла-утилизатора с высокой степенью очистки дымовых газов от примесей, а также повышение надежности работы котла-утилизатора и эффективности утилизации тепла дымовых газов, отходящих от топливосжигающих агрегатов, например, коксовых печей.
поставленная задача решается тем, что в известном котле-утилизаторе, содержащем патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, снабженный циклонной камерой сгорания, включающей горелочное устройство, в которую тангенциально подведен патрубок подвода дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов, согласно заявляемому изобретению, котел-утилизатор снабжен системой
обогащения дымовых газов топливом и воздухом, которая связана с патрубком подвода дымовых газов, реактор дополнительно содержит, по меньшей мере, одну циклонную камеру сгорания и снабжен камерой дожига, связанной с циклонными камерами сгорания и образующей совместно с ними рабочий объем реактора.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора на выходе из реактора установлена диафрагма, выходное отверстие которой связывает реактор с системой утилизации тепла, при этом площадь выходного отверстия диафрагмы определяется следующей зависимостью:
0,44<Si/S 2 ≤0,9, (1) где:
5 1 - площадь выходного отверстия диафрагмы, м 2 ;
5 2 - площадь основания камеры дожига, м 2 .
в частном варианте исполнения котла-утилизатора отношение объема камеры дожига к рабочему объему реактора определяется следующей зависимостью:
о^зWi/Vг≤о. β δ, (2) где:
Vi - объем камеры дожига, м 3 ; V 2 - рабочий объем реактора, м 3 .
в частном варианте исполнения котла-утилизатора к каждой циклонной камере сгорания тангенциально примыкает, по меньшей мере, один дополнительный патрубок подвода дымовых газов.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора в патрубке подвода дымовых газов установлена заслонка.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора камера дожига содержит, по меньшей мере, один выступ, размещенный на внутренней поверхности камеры дожига и имеющий следующие размеры:
0,05d<a<0,5d, (3) 0,5d<b≤25d, (4)
0°<α<90°, (5) где: а - высота выступа, м; b - длина выступа, м; d - диаметр циклонной камеры сгорания, м; α - угол наклона выступа к основанию камеры дожига, град.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора на выходе из реактора установлена решетка.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора камера дожига и циклонные камеры сгорания выполнены из огнеупорных и теплоизоляционных материалов.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора в патрубке отвода дымовых газов установлена дополнительная система утилизации тепла, включающая теплообменные поверхности.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора к патрубку отвода дымовых газов примыкает принудительная система отвода дымовых газов, включающая тягодутьевое устройство.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора в патрубке подвода дымовых газов установлена турбулизирующая решетка.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора в циклонной камере сгорания горелочное устройство расположено аксиально.
в частном варианте исполнения котла-утилизатора каждая циклонная камера сгорания оснащена дополнительной диафрагмой, отверстие которой связывает циклонную камеру сгорания с камерой дожига, при этом площадь отверстия определяется следующей зависимостью:
0,44<Sз/S 4 <0,9, (6) где:
S 3 - площадь отверстия, м 2 ; S 4 - площадь основания циклонной камеры сгорания, м 2 .
предложенное техническое решение позволяет повысить степень очистки дымовых газов от примесей, а также надежность котла-утилизатора за счет введения дополнительной системы обогащения дымовых газов топливом и воздухом перед подачей дымовых газов в реактор. это способствует эффективному смесеобразованию и приводит к интенсификации процесса горения в рабочем объеме реактора, что обеспечивает эффективную очистку дымовых газов от примесей. оснащение реактора камерой дожига позволяет увеличить время нахождения дымовых газов в рабочем объеме реактора, а также позволяет стабилизировать температурное поле в рабочем объеме реактора, в котором происходит процесс горения и очистка дымовых газов от примесей. введение в реактор дополнительной циклонной камеры сгорания приводит к образованию в камере дожига встречных вихревых потоков дымовых газов, которые выходят из циклонных камер сгорания, что обеспечивает увеличение эффективности обезвреживания дымовых газов за счет интенсивного перемешивания дымовых газов с топливом и воздухом, а также за счет эффективного дожигания смолистых и углеродистых примесей в рабочем объеме реактора. это уменьшает загрязнение теплообменных поверхностей системы утилизации тепла смолами, углеродистыми частицами, которые образуют отложения на теплообменных поверхностях, и повышает надежность работы котла-утилизатора и эффективность утилизации тепла, а также снижает «чyвcтвитeльнocть» котла-утилизатора к загрязненным дымовым газам, которые имеют значительное содержание смолистых и углеродистых примесей.
краткое описание фигур
заявляемый котел-утилизатор изображен на следующих чертежах:
фиг. 1 - общий вид котла-утилизатора;
фиг. 2 - вид спереди фиг. 1 ; фиг. 3 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;
фиг. 4 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;
фиг. 5 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;
фиг. 6 - вариант выполнения реактора котла-утилизатора;
фиг. 7 - сечение A-A фиг. 2; фиг. 8 - сечение B-B фиг. 2;
фиг. 9 - вариант выполнения котла-утилизатора с двумя циклонными камерами сгорания;
фиг. 10 - вариант выполнения котла-утилизатора с четырьмя циклонными камерами сгорания.
осуществление изобретения
котел-утилизатор содержит патрубки подвода дымовых газов 1-ι, "ь, патрубок отвода дымовых газов 2, реактор 3, снабженный циклонными камерами сгорания 4-ι, A 2 , каждая из которых включает аксиально установленное горелочное устройство 5. котел-утилизатор содержит систему утилизации тепла 6, включающую теплообменные поверхности 7 и соединенную с реактором 3 и патрубком отвода дымовых газов 2.
котел-утилизатор также снабжен системой обогащения 8 дымовых газов топливом и воздухом, которая связана с патрубками подвода дымовых газов 1i, 1 2 . реактор 3 снабжен камерой дожига 9, примыкающей к циклонным камерам сгорания 4i, 4г и образующей совместно с ними рабочий объем реактора 3. на выходе из реактора 3 установлена диафрагма 10, в которой выполнено выходное отверстие 11 , которое связывает реактор 3 с системой утилизации тепла 6 (см. фиг. 1 , 2).
в нижеприведенных вариантах исполнения котла-утилизатора, которые изображены на фиг. 3-6, 9, 10, представлены частные варианты выполнения котла-утилизатора.
площадь выходного отверстия 11 диафрагмы 10 определяется в соответствии с зависимостью (1 ).
объем камеры дожига 9 определяется в соответствии с зависимостью (2).
в каждом патрубке подвода дымовых газов 1 ч, 1г установлена заслонка 12. на выходе из реактора 3 установлена решетка 14.
внутренняя поверхность камеры дожига 9 и камер сгорания 4i, 4г выполнены из огнеупорных и теплоизоляционных материалов, а именно, шамотного кирпича, огнеупорной глины и др.
в патрубке отвода дымовых газов 2 установлена дополнительная система утилизации тепла 15, включающая теплообменные поверхности 7.
к патрубку отвода дымовых газов 2 примыкает принудительная система отвода дымовых газов 16, включающая тягодутьевое устройство.
в каждом патрубке подвода дымовых газов 1 i, 1г, установлена турбулизирующая решетка 17.
каждая циклонная камера сгорания 4i, 4г имеет дополнительную диафрагму 18, отверстие 19 которой связывает циклонную камеру сгорания 4i, 4 2 с камерой дожига 9.
площадь отверстия 19 каждой циклонной камеры сгорания 4i, 4 2 определяется в соответствии с зависимостью (6).
на фиг. 3 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 13i параллельно основанию камеры дожига 9.
на фиг. 4 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 13 2 перпендикулярно к основанию камеры дожига 9.
на фиг. 5 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 13 3 под углом α к основанию камеры дожига 9.
на фиг. 6 показан вариант выполнения реактора 3, в котором на внутренней поверхности камеры дожига 9 размещены выступы 13ч, 13г.
на фиг. 9 показан вариант выполнения котла-утилизатора с двумя циклонными камерами сгорания 4ι, 4 2 , к которым тангенциально подведены патрубки подвода дымовых газов 1 i, 1 2 , а также подведены дополнительные патрубки подвода дымовых газов 1 ц, 1 2 -ι, соответственно. к каждому патрубку подвода дымовых газов 1 i, 1 ц, 1 2 , 1 2 i, примыкает система обогащения дымовых газов топливом и воздухом, а также в каждом патрубке подвода дымовых газов 1 i, 1 ц, 1г, 121 установлена турбулизирующая решетка 17 и заслонка 12.
на фиг. 10 показан вариант выполнения котла-утилизатора с четырьмя циклонными камерами сгорания 4i, 4 2 , 4з, 4 4 , к которым подведены четыре патрубка подвода дымовых газов 1i, 1 2 , 1з, 1 4 , соответственно.
котел-утилизатор работает следующим образом.
дымовые газы, отходящие от топливосжигающего агрегата (на чертежах не показан), поступают в патрубки подвода дымовых газов 1 i, 1 2 , в каждом из которых размещена заслонка 12 для регулирования подачи дымовых газов в циклонные камеры сгорания 4i, 4 2 реактора 3 котла-утилизатора. в патрубках подвода дымовых газов 1 i, 1 2 дымовые газы обогащаются топливом и воздухом с помощью системы обогащения 8, которая примыкает к патрубкам подвода дымовых газов 1i, 1 2 . в каждом патрубке подвода дымовых газов 1i, 1 2 установлена турбулизирующая решетка 17 для турбулизации потока дымовых газов, поступающих в циклонные камеры сгорания 4i, 4 2 . турбулизация дымовых газов, обогащенных воздухом и топливом, способствует их лучшему перемешиванию.
введение дымовых газов в циклонную камеру сгорания 4i, 4 2 посредством тангенциально подведенных патрубков 1i, 1 2 обеспечивает активизацию перемешивания дымовых газов в циклонных камерах сгорания 4i, 4 2 .
аксиальное размещение горелочного устройства 5, к которому подводится воздух и топливо в каждой циклонной камере сгорания 4i , 4 2 , обеспечивает увеличение длины факела в рабочем объеме реактора 3 и способствует стабилизации температурного поля в реакторе 3. поток дымовых газов из циклонной камеры сгорания 4-ι перемещается в камеру дожига 9, в которой встречается с другим потоком дымовых газов, выходящим из циклонной камеры
сгорания 4 2 . это обеспечивает интенсивное перемешивание дымовых газов и способствует снижению концентрации оксидов азота (NO x ) и оксида углерода (со) в дымовых газах. соотношение (Vi/V 2 ) объема камеры дожига 9 к общему объему реактора 3, выбранное в соответствии с зависимостью (2), позволяет оптимизировать процесс горения, время нахождения дымовых газов в рабочем объеме реактора 3 и обеспечивает повышение эффективности очистки дымовых газов от примесей.
наличие в реакторе 3 диафрагмы 10, а также наличие в камере дожига 9 выступов 13i, 13г и наличие в каждой циклонной камере сгорания 4i, 4 2 дополнительной диафрагмы 18, в которой выполнено отверстие свода 19, предотвращает проскок смолистых и углеродистых частиц вдоль стенок камеры дожига 9 в систему утилизации тепла 6 через выходное отверстие 11 диафрагмы 10.
установленная на выходе из реактора 3 решетка 14 способствует турбулизации потока дымовых газов, что обеспечивает эффективную теплопередачу, а также способствует уменьшению концентрации оксидов азота (NO x ). после реактора 3 дымовые газы поступают в систему утилизации тепла 6. в системе утилизации тепла б и в дополнительной системе утилизации тепла 15 установлены теплообменные поверхности 7, например: пароперегреватели, испарители, экономайзеры и т.д., которые позволяют эффективно утилизировать тепло дымовых газов. после системы утилизации тепла 6 дымовые газы поступают в патрубок отвода дымовых газов 2, в котором установлена дополнительная система утилизации тепла 15, предназначенная для дополнительной утилизации тепла дымовых газов. затем дымовые газы отводятся в окружающую среду посредством принудительной системы отвода дымовых газов 16.
в частном варианте выполнения котла-утилизатора в реакторе 3 установлены две циклонные камеры сгорания 4i, 4 2 (см. фиг. 9), к которым тангенциально подведены два патрубка подвода дымовых газов 1 i, 1 2 , а также два дополнительных патрубка подвода дымовых газов 1 ц, 1 2 i, соответственно. подвод к циклонным камерам сгорания 4|, 4 2 дополнительных патрубков подвода дымовых газов 1ц, 1 2 i обеспечивает эффективное перемешивание
дымовых газов, обогащенных воздухом и топливом, в циклонных камерах сгорания 4i, 4 2 .
в частном варианте выполнения котла-утилизатора (см. фиг. 10) в реакторе 3 5 установлены четыре циклонных камеры сгорания 4i, 4 2 , 4 3 , 4_t, к которым подведены четыре патрубка подвода дымовых газов I 1 , 1 2 , 1з, 1 4 , соответственно. при этом обеспечивается эффективная работа котла- утилизатора за счет повышения стабилизации температурного поля в рабочем объеме реактора 3. 0
были проведены испытания комплекса «кoкcoвaя печь - котел-утилизатору который установлен в оао «3aпopoжкoкc». при этом дымовые газы от коксовой печи поступали в котел-утилизатор, работающий при температуре 1095 0 C. результаты проведенных испытаний с различными вариантами выполнения 5 котла-утилизатора приведены в таблицах 1 , 2.
таблица 1
- в таблице 1 приведены следующие условные обозначения: а-ι , a 2 - высота выступов 13i , 13 2 , соответственно, м; bi, b 2 - длина выступов 13i, 13 2l соответственно, м; он, Ct 2 - угол наклона выступов 13^ 13 2 , к основанию камеры дожига 9, соответственно, град.
табли а 2
Next Patent: PROJECTION FACTORS FOR FORECASTING PRODUCT DEMAND