Система підготовки окислювача для комбінованого вироблення теплоти і електроенергії

Система підготовки окислювача для комбінованого вироблення теплоти і електроенергії, яка містить конвективну шахту, що підключена до димової труби, топку з пальниками, які підключені до повітропровода з тяго-дуттьовим пристроєм і нагрівачем, і трубопровід рециркуляції димових газів з вхідною і вихідною ділянками, яка відрізняється тим, що вона додатково містить джерело димових газів з трубопроводом їх рециркуляції, а вихідна ділянка трубопроводу з'єднана з повітропроводом через тяго-дуттьовий пристрій, на вході якого встановлено змішувачтеплообмінник з регуляторами співвідношення компонентів окислювача Винахід відноситься до теплоенергетики, а саме систем комбінованого вироблення теплоти та електроенергії ВІДОМІ системи комбінованого вироблення теплоти і електроенергії в яких загальними елементами є первинний двигун, яким може бути парова, газова турбіна, або поршневий двигун, які приводять в рух електричний генератор для генерування електричного струму, і пристрій для переносу теплоти - промисловий котел, котел утилізатор, або теплообмінники [1] Ефективність вибраної схеми буде визначатися її ККД і КІЛЬКІСТЮ шкідливих викидів в атмосферу, такими, як оксиди сірки і азоту До недоліків рекуператора підігріву повітря димовими газами котла можна віднести необхідність застосування жаростійких матеріалів, великі габарити і трудомісткість при їх монтажу Одним з основних недоліків такої системи підготовки окислювача є те, що при підвищенні теоретичної температури горіння палива збільшується концентрація оксидів азоту і сірки у димових газах Відома система підготовки окислювача (повітря) [4], де з метою зменшення концентрації оксидів азоту в димових газах, поряд із підігрівом повітря, в топку котла подаються гази рециркуляції за допомогою тяго-дуттьового пристрою Це приводить до зміни концентрації окислювача в зоні реакції і зменшення температури згоряння, в результаті зменшується концентрація оксидів азоту в димових газах Велике значення має місце введення газів рециркуляції Наприклад, подача в котел близько 15 % газів рециркуляції через периферійні канали пальника з швидкістю, близькою до вихідної швидкості повітря, вдається в 2 рази зменшити концентрацію оксидів азоту в димових газах, в той час як подача газів рециркуляції через огородження топки в під котла або пальника є малоефективною Відомо, ЩО ОДНИМ ІЗ ШЛЯХІВ ефективного під вищення термічного ККД системи є попередня підготовка компонентів горіння (палива і окислювача) перед спалюванням за рахунок утилізації теплоти, яка виноситься з димовими газами в атмосферу У ВІДОМІЙ системі [2], яка містить регенеративний повітропідігрівач, установлений в тракті виходу димових газів, між конвективною шахтою і димовою трубою проходить підготовка окислювача до згоряння шляхом його підігріву Підігрів повітря забезпечує економію палива за рахунок внесення фізичної теплоти в котел Так, наприклад, при підігріві повітря до 300 400 °С економія палива складає 15 - 25 % і вище [3] При цьому вростає теоретична температура горіння палива, що підвищує тепловіддачу ВІДХОДІВ до теплообмінних поверхонь, крім цього в димових газах зменшується концентрація продуктів неповного згоряння Зоя Основним недоліком відомої системи підготовки окислювача за рахунок введення газів рециркуляції в периферійні канали пальника є необхідність створення в пальнику додаткових каналів, що значно збільшує його габарити і ускладнює його конструкцію Відома котельна установка [5], яка вибрана за прототип Вона містить конвективну шахту, підк со 43799 лючену до димової труби, топку з пальниками, підключеними до повітропроводу з тяго-дуттьовим пристроєм і нагрівачем і трубопровід рециркуляції димових газів з вхідною і вихідною ділянками Так як трубопровід рециркуляції димових газів вхідною ділянкою з'єднаний з топкою в зоні пальника, то температура і склад газів рециркуляції в значній мірі буде залежати від режимів роботи пальника Це не дозволяє проводити регулювання процесу згоряння в котлі з мінімізацією концентрації оксидів азоту в димових газах при різних його режимах роботи В основу винаходу поставлена задача вдосконалення "Системи підготовки окислювача для комбінованого вироблення теплоти і електроенергії", в якій, шляхом регулювання температури згоряння вихідного палива, в топці забезпечується мінімізація концентрації оксидів азоту в димових газах, і за рахунок цього підвищується економічна і екологічна ефективність спалювання палива Поставлена задача вирішується тим, що система підготовки окислювача для комбінованого вироблення теплоти і електроенергії, яка містить конвективну шахту, що підключена до димової труби, топку з пальниками, які підключені до повітропоровода з тяго-дуттьовим пристроєм і нагрівачем, і трубопровід рециркуляції димових газів з вхідною і вихідною ділянками, згідно з винаходом, додатково містить джерело димових газів з трубопроводом рециркуляції димових газів, а вихідна ділянка трубопроводу рециркуляції з'єднана з повітропроводом через тяго-дуттьовий пристрій, на вході якого встановлено змішувач-теплообмінник з регуляторами співвідношення компонентів окислювача Джерелом димових газів в системі може бути тепловий двигун для приводу електричного генератора (наприклад, дизельний двигун внутрішнього згоряння) Димові гази з двигуна виходять з температурою 450 - 500 °С Склад цих димових газів практично залишається однаковим, тому регулювання температури згоряння вихідного палива в топці котла проводиться тільки витратними параметрами окислювача і палива за допомогою регуляторів їх співвідношення Це дає змогу ефективно забезпечувати мінімізацію концентрації оксидів азоту в димових газах котла незалежно від режимів роботи пальників Крім цього наявність в системі змішувача-теплообмінника на вході тягодуттьового пристрою дозволяє, з одного боку, ефективно змішувати гази рециркуляції з повітрям, з іншого боку, проводити підготовку окислювача шляхом його підігріву Така підготовка окислювача дозволяє одержати більш високі його окислюючі властивості за рахунок підвищення його фізичної теплоти, а також за рахунок наявності в газах рециркуляції реакційно активних груп ОН, озона і інших активних центрів Це дає змогу підвищити не тільки екологічні, але й и економічні показники системи Таким чином забезпечується очікуваний технічний результат На фіг представлена схема системи підготовки окислювача для комбінованого вироблення теплоти і електроенергії Вона включає конвективну шахту 1, яка сполучена з димовою трубою 2 і містить топку 3 з пальниками 4, підключеними до повітропровода 5, обладнаного тяго-дуттьовим пристроєм 6, з встановленим змішувачем-теплообмінником 7, на вхід якого підведено трубопровід рецируляцм димових газів 8 від автономного джерела димових газів 9 (наприклад, двигун внутрішнього згоряння) Матеріальні потоки природного газу і димових газів регулюються за допомогою регулюючих клапанів, ВІДПОВІДНО 10 і 11, а співвідношення компонентів окислювача (повітря + димові гази) регуляторами 12 і 13 Система працює наступним чином Димові гази з автономного джерела 9 з температурою 450 -500 °С по трубопроводу рециркуляції 8 в необхідній КІЛЬКОСТІ, що регулюється регулятором 13, надходять на вхід змішувача-теплообмінника 7 тяго-дуттьового пристрою 6, де змішуються з повітрям, витрати якого регулюються за допомогою регулятора 12, решта димових газів викидається в атмосферу, що регулюється за допомогою клапана 11 В результаті змішування одержується суміш повітря з димовими газами з температурою 100 150 °С, яка подається в пальники 4 по трубопроводу 5 для згоряння природного газу, витрати якого регулюються клапаном 10, в топці 3 Одержана теплота продуктів згоряння сприймається теплообмінними поверхнями конвективної шахти 1, а охолоджені димові гази до температури 140 160 °С відводяться через димову трубу 2 в атмосферу Таким чином запропонована система підготовки окислювача забезпечує мінімізацію концентрації оксидів азоту в димових газах зі зниженням в 2-3 рази КІЛЬКОСТІ шкідливих викидів оксидів азоту в атмосферу Крім того, за рахунок утилізації теплоти димових газів автономного джерела в промисловому котлі, економічність останнього підвищується на 8 - 10 % при загальному коефіцієнті використання палива в системі на рівні 0 85 - 0 89 Джерела інформації 1 Combined heat and power High Value energy with maximum fuel exploitation / Hess Heinnch // H and V Eng -1990-63, N703 -c 17-20 - Англ 2 Резников М И , Липов Ю М Котельные установки электростанций - М Энергоатомиздат, 1987-288 с 3 Тебеньков Б П Рекуператоры для промышленных печей -М Металлургия, 1975 -296 с 4 Спейшер В А, Горбаненко А Д Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках -М Энергоатомиздат, 1991 -184 с 5 А с СРСР N 737694, кл F22B 33/00, F23L 15/04, 1980 р 43799 9 Ц Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 43799