Котел-утилізатор

Реферат: Винахід належить до галузі котлів-утилізаторів, які призначені для знешкодження та утилізації тепла димових газів, які відходять від газогенеруючих агрегатів, наприклад, від коксових батарей, установок сухого гасіння коксу тощо. Суть винаходу полягає у тому, що реактор котла-утилізатора додатково містить розподільник потоку димових газів, який розташовано у згаданій зоні активного горіння опозитно зоні примикання лежака до реактора, у результаті чого у реакторі формуються два вихрові потоки, які взаємно перетинаються один з одним, також котел-утилізатор містить кільцевий колектор, який примикає до лежака подання димових газів та містить додаткові патрубки подання димових газів у реактор, які примикають до бокової поверхні реактора так, що димові гази надходять з кільцевого колектора у зону активного горіння реактора по ходу руху обох згаданих вихрових потоків. Технічний результат винаходу, що заявляється, полягає в розробці компактного котлаутилізатора, який характеризується простотою виготовлення та ефективним знешкодженням димових газів. UA 102907 C2 (12) UA 102907 C2 UA 102907 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі котлів-утилізаторів, які призначені для знешкодження та утилізації тепла димових газів, які відходять від газогенеруючих агрегатів, наприклад, від коксових батарей, установок сухого гасіння коксу тощо. Котел-утилізатор, що заявляється, може бути використано в коксохімічній, металургійній, хімічній та інших галузях промисловості. Відомий котел-утилізатор, міжнародна заявка № PCT/UA 2007/000012, який містить патрубок підведення димових газів, патрубок відведення димових газів, реактор, який містить циклонні камери згорання, кожна з яких містить пальниковий пристрій, та у які тангенційно підведено патрубки подання димових газів, систему утилізації тепла, яка включає теплообмінні поверхні та з'єднана з реактором та патрубком відведення димових газів. Також реактор котлаутилізатора забезпечено камерою допалювання, яка пов'язана з циклонними камерами згорання та утворює разом з ними робочий об'єм реактора. Недоліком відомого котла-утилізатора є: - великий об'єм реактора та великі габаритні розміри котла-утилізатора, що обумовлено розташуванням в реакторі циклонних камер та камери допалювання; - велика вага котла-утилізатора та складність його виготування, що пов'язано з використанням у реакторі циклонних камер та камери допалювання. Компактність котлів-утилізаторів є важливою умовою їх використання на підприємстві, оскільки, звичайно, котли-утилізатори додатково використовують у вже існуючому налагодженому технологічному процесі, для того, щоб забезпечити знешкоджування димових газів для захисту навколишнього середовища та збільшити ефективність використання енергоносіїв, наприклад, для використання тепла димових газів, що відходять від газогенеруючих агрегатів, наприклад, коксових батарей, установок сухого гасіння коксу тощо. Тому розташування котлів-утилізаторів на території підприємства приводить до великих складнощів. Особливо гострою проблемою є розташовування крупногабаритних котлівутилізаторів за крупними газогенеруючими агрегатами, наприклад, за коксовою батареєю, в 3 залежності від її конструктивної схеми, приблизно відходить 50000-120000 нм /г димових газів, тому зрозуміло, що для знешкоджування великих об'ємів димових газів є потрібними відповідно крупногабаритні котли-утилізатори. Задачею дійсного винаходу є розробка котла-утилізатора, який характеризується компактними розмірами, простотою виробництва та ефективним знешкоджуванням димових газів. Також задачею дійсного винаходу є збільшення ефективності утилізації тепла димових газів. Також задачею винаходу є розширення арсеналу технічних засобів та можливостей котлівутилізаторів. Інші задачі та переваги дійсного винаходу будуть розглянуті нижче у міру викладення дійсного опису та малюнків. Поставлена задача вирішується тим, що котел-утилізатор, який характеризується наявністю: - реактора, до нижньої частини якого примикають два пальники, а до бокової поверхні реактора примикає лежак підведення димових газів, при цьому димові гази, які відходять з лежака підведення димових газів, надходять в зону активного горіння реактора, яка розташована у нижній його частині, - системи утилізації тепла димових газів котла-утилізатора, - патрубка відведення димових газів з реактора, який містить додаткову систему утилізації тепла димових газів та щонайменше один димосос, відповідно до винаходу, що заявляється, котел-утилізатор додатково містить: - розподільник потоку димових газів, які надходять з лежака у реактор котла-утилізатора, при цьому згаданий розподільник розташовано у згаданій зоні активного горіння опозитно зоні примикання згаданого лежака до реактора, у результаті чого у реакторі формуються два вихрові потоки, які взаємно перетинаються один з одним, - кільцевий колектор, який примикає до лежака подання димових газів та містить додаткові патрубки подання димових газів у реактор, які примикають до бокової поверхні реактора так, що димові гази надходять з кільцевого колектора у зону активного горіння реактора по ходу руху обох згаданих вихрових потоків, - при цьому реактор котла-утилізатора містить систему утилізації тепла, а розподільник потоку виконано з нагрівальних поверхонь системи утилізації тепла димових газів. В окремому варіанті виконання котел-утилізатор містить щонайменше один патрубок подання палива у димові гази, які відходять з лежака у реактор котла-утилізатора, при цьому згаданий патрубок подання палива розташовано після зони примикання кільцевого колектора до лежака по ходу руху димових газів у лежаку. 1 UA 102907 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В окремому варіанті виконання котел-утилізатор містить щонайменше один патрубок подання повітря у димові гази, які відходять у реактор котла-утилізатора, при цьому згаданий патрубок подання повітря розташовано перед зоною примикання кільцевого колектора до лежака по ходу руху димових газів у лежаку. В окремому варіанті виконання у лежаку розташовано регулятор потоку димових газів, який розташовано у зоні примикання лежака до реактора котла-утилізатора. Використання згаданого котла-утилізатора з кільцевим колектором дозволить зменшити об'єм реактора котла-утилізатора за рахунок відсутності циклонних камер у реакторі порівняно з відомим технічним рішенням. Також використання котла-утилізатора, що заявляться, з кільцевим колектором, який містить додаткові патрубки подання димових газів для подання димових газів у реактор по ходу руху обох згаданих вихрових потоків, приводить до ефективного процесу знешкоджування димових газів у реакторі котла-утилізатора. Також використання кільцевого колектора, який примикає до лежака подання димових газів та мітить додаткові патрубки подання димових газів у реактор, які примикають до бокової поверхні реактора так, що димові гази надходять у зону активного горіння реактора по ходу руху кожного з згаданих вихрових потоків, дозволяє ефективно формувати вихрові потоки у реакторі котла-утилізатора, а також дозволяє усунути застійні зони у реакторі та організувати ефективне використання палива, що подається у димові гази, які відходять від лежака у реактор котлаутилізатора. Виконання розподільнику потоку з нагрівальних поверхонь системи утилізації тепла димових газів у реакторі котла-утилізатора дозволить збільшити надійність роботи реактора котлаутилізатора, оскільки при виконанні розподільника потоку з вогнетривких матеріалів приводить до їх швидкого зруйнування, внаслідок температур, що змінюються постійно. Використання патрубка подання палива у димові гази, які відходять від лежака у реактор котла-утилізатора, при цьому згаданий патрубок подання палива розташовано після зони примикання кільцевого колектора до лежака по ходу руху димових газів у лежаку дозволить здійснювати подання палива у димові гази, які відходять від лежака у реактор, у зону перетинання вихрових потоків, що забезпечує адаптивну оптимізацію витрат палива на знешкодження димових газів котлом-утилізатором. При розгляді варіантів здійснення дійсного винаходу використовується вузька термінологія. Однак дійсний винахід не обмежується прийнятими термінами та слід мати на увазі, що кожний такий термін охоплює усі еквівалентні елементи, які працюють аналогічним чином та використовуються для вирішення тих же самих задач. На кресленнях (фіг. 1-3) представлено фрагментарні пояснення промислового застосування котла-утилізатора, що заявляється, у довільному масштабі. Фіг. 1 - зображено реактор котла-утилізатора, що заявляється. Фіг. 2 - зображено реактор котла-утилізатора, зображеного на фіг. 1, що заявляється, у якому зображено рух потоків димових газів у реакторі котла-утилізатора. Фіг. 3 - схематично зображено котел-утилізатор. Фіг. 4 - зображено варіант виконання реактора котла-утилізатора, який містить додаткові патрубки подання повітря в димові гази. Фіг. 5 - зображено варіант виконання реактора котла-утилізатора, зображеного на фіг. 4, з наявністю у лежаку регулятора потоку димових газів, який розташовано у зоні примикання лежака до реактора котла-утилізатора. Котел-утилізатор, що заявляється, містить реактор 1 (див. фіг. 1-3), до нижньої частини якого примикають два пальники 21 та 22, а до бокової поверхні реактора 1 примикає лежак 3 підведення димових газів, при цьому димові гази, які відходять з лежака 3, надходять в зону активного горіння 4 реактора 1, яка розташована у нижній його частині. Також котел-утилізатор містить розподільник потоку 5, який розташовано у реакторі 1 на його боковій поверхні у згаданій зоні активного горіння 4 опозитно зоні примикання згаданого лежака 3 підведення димових газів, при цьому завдяки розподільнику потоку 5 у реакторі 1 формуються два вихрові потоки 61 та 62, які взаємно перетинаються один з одним у реакторі 1 котла-утилізатора (див. фіг. 4). Також котел-утилізатор містить систему утилізації тепла 7, яка розташована у згаданому реакторі 1. Також котел-утилізатор містить кільцевий колектор 8, який примикає до лежака 3 подання димових газів у реактор 1 котла-утилізатора у зону перетинання двох вихрових потоків 61 та 62. При цьому кільцевий колектор 8 містить додаткові патрубки 9 1, 92, 93, 94 та 95 подання димових газів з кільцевого колектора 8 в зону активного горіння 4 реактора 1. Додаткові патрубки 9 1, 92, 2 UA 102907 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 93, 94 та 95 примикають до бокової поверхні реактора 1 так, що димові гази надходять в зону активного горіння 4 реактора 1 по ходу руху вихрових потоків 61 та 62 (фіг. 2). Також котел-утилізатор містить патрубок відведення димових газів 10 (фіг. 3). Патрубок відведення димових газів 10 з реактора 1 містить додаткову систему утилізації тепла 11 (фіг. 3) та димосос 12. Також котел-утилізатор містить патрубки подання палива 131 та 132 у димові гази, які відходять з лежака 3 у реактор 1 котла-утилізатора, при цьому патрубки подання палива 131 та 132 розташовані після зони примикання кільцевого колектора 8 до лежака 3 по ходу руху димових газів у лежаку 3. Котел-утилізатор, що заявляється, працює наступним чином: димові гази, які відводять від генеруючого агрегата, наприклад, від коксової батареї (на кресленнях не зображено), надходять у лежак 3, по якому вони відходять до реактора 1 котла-утилізатора (приклади схем підключення котла-утилізатора до коксової батареї розкриті в патентах № RU 2373255, UA 41178, UA 40854 та UA 40853). Димові гази, які відходять з лежака 3 у котел-утилізатор діляться на два потоки димових газів. Перший потік димових газів відходить з лежака 3 у реактор 1, при цьому у перший потік димових газів додатково подають паливо за допомогою патрубків подання палива 13 1 та 132. Другий потік димових газів відходить від лежака 3 у кільцевий колектор 8. При цьому перший потік димових газів відводиться у зону активного горіння 4 та зону перетинання двох вихрових потоків 61 та 62 у реакторі 1, при цьому зона активного горіння 4 сформована за допомогою двох факелів пальників 21 та 22, до яких підводиться паливо (схема підведення палива та повітря до пальників 21 та 22 на кресленнях не зображена). У зоні активного горіння 4 формується два вихрові потоки 6 1 та 62, які взаємно перетинаються один з одним та мають протяжність по всій висоті реактора 1. При цьому завдяки системі утилізації тепла 7, яка виконана у вигляді поверхонь нагріву, які розташовані на внутрішній поверхні реактора 1, відбувається відбір тепла від димових газів, які знаходяться у реакторі 1. Як було сказано вище, друга частина потоку димових газів відходить у кільцевий колектор 8 (фіг. 2). З кільцевого колектора 8 димові гази відводяться через додаткові патрубки 9 1, 92, 93, 94 та 95 у зону активного горіння 4. При цьому димові гази з додаткових патрубків 91 та 92 відводяться у реактор 1 тангенційно по ходу руху вихрового потоку 6 1, а димові гази з додаткових патрубків 94 та 95 відводяться у реактор 1 тангенційно по ходу руху вихрового потоку 62. Що стосується патрубка 93, то з нього димові гази відводяться по ходу руху вихрових потоків 61 та 62 завдяки поданню димових газів через додаткові патрубки 9 1, 92, 93, 94 та 95 відбувається підсилення та стабілізація вихрових потоків 61 та 62 у робочому об'ємі реактора 1. Також слід зазначити, що у реакторі 1 відбувається співудар вихрових потоків 6 1 та 62, що приводить до активного перемішування та збільшення ступеня знешкодження димових газів, що приводить до зменшення робочого об'єму реактора 1. З реактора 1 димові гази відходять у патрубок відведення димових газів 10, у якому розташована додаткова система утилізації тепла 11. При цьому рух димових газів у котліутилізаторі здійснюється за допомогою димососа 12. З патрубка відведення димових газів 10 димові гази відходять у димову трубу (на кресленнях не зображена). На фіг. 4 зображено варіант реалізації котла-утилізатора, який додатково містить патрубки подання повітря 141 та 142 у димові гази, які відходять з лежака 3 у реактор 1 котла-утилізатора. При цьому патрубки подання повітря 141 та 142 розташовано перед зоною примикання кільцевого колектора 8 до лежака 3 по ходу руху димових газів у лежаку 3. Завдяки патрубкам подання повітря 141 та 142 можливо рівномірно підтримувати задане значення коефіцієнта надлишку повітря у димових газах, що призводить до ефективного знешкодження димових газів у котлі-утилізаторі, що також є перевагою винаходу, що заявляється. Зрозуміло, що вище представлено один з можливих варіантів здійснення дійсного винаходу. Дійсний винахід не обмежується варіантами, які було викладено вище та зображено на кресленнях. Наприклад, можливий варіант, коли у лежаку розташовано регулятор потоку 15 димових газів у реактор 1 котла-утилізатора, що заявляється (фіг. 5). Завдяки використанню згаданого регулятора потоку 15, можливо регулювати швидкість подання димових газів з лежака 3 у реактор 1, що актуально при зміні режиму роботи газогенеруючих агрегатів. Технічний результат винаходу, що заявляється, полягає в розробці компактного котлаутилізатора, який характеризується простотою виготовлення та ефективним знешкодженням димових газів. 3 UA 102907 C2 Також технічним результатом дійсного винаходу є збільшення ефективності утилізації тепла димових газів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 1. Котел-утилізатор, який характеризується наявністю реактора, до нижньої частини якого примикають два пальники, а до бокової поверхні реактора примикає лежак підведення димових газів, при цьому димові гази, які відходять з лежака підведення димових газів, надходять в зону активного горіння реактора, яка розташована у нижній його частині, системи утилізації тепла димових газів котла-утилізатора, патрубка відведення димових газів з реактора, який містить додаткову систему утилізації тепла димових газів та щонайменше один димосос, який відрізняється тим, що котел-утилізатор додатково містить, розподільник потоку димових газів, які надходять з лежака у реактор котла-утилізатора, при цьому згаданий розподільник розташовано у згаданій зоні активного горіння опозитно зоні примикання згаданого лежака до реактора, у результаті чого у реакторі формуються два вихрові потоки, які взаємно перетинаються один з одним, кільцевий колектор, який примикає до лежака подання димових газів та містить додаткові патрубки подання димових газів у реактор, які примикають до бокової поверхні реактора так, що димові гази надходять з кільцевого колектора у зону активного горіння реактора по ходу руху обох згаданих вихрових потоків, при цьому реактор котлаутилізатора містить систему утилізації тепла, а вказаний розподільник потоку виконано з нагрівальних поверхонь системи утилізації тепла димових газів. 2. Котел-утилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що містить щонайменше один патрубок подання палива у димові гази, які відходять з лежака у реактор котла-утилізатора, при цьому згаданий патрубок подання палива розташовано після зони примикання кільцевого колектора до лежака по ходу руху димових газів у лежаку. 3. Котел-утилізатор за будь-яким з вищезгаданих пунктів 1 або 2, який відрізняється тим, що містить щонайменше один патрубок подання повітря у димові гази, які відходять у реактор котла-утилізатора, при цьому згаданий патрубок подання повітря розташовано перед зоною примикання кільцевого колектора до лежака по ходу руху димових газів у лежаку. 4. Котел-утилізатор за будь-яким з вищезгаданих пунктів 1-3, який відрізняється тим, що у лежаку розташовано регулятор потоку димових газів, який розташовано у зоні примикання лежака до реактора котла-утилізатора. 4 UA 102907 C2 5 UA 102907 C2 6 UA 102907 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7