Котельная установка

 

Применение: в теплоэнергетике, в частности в котельных установках, работающих на газообразном и жидком топливе. Сущность изобретения: в установке предусмотрен рециркуляционный контур 16, включающий орошающее устройство 9, поддон 11 абсорбера 7 и электролизер 17, выполненный в виде двухкамерной емкости, разделенной мембраной 18 на анодную и катодную камеры 19 и 20, которые оснащены системой входных и выходных трубопроводов 23, 24, 27, 28 и 31 с запорной арматурой 25, 26, 29, 30, 32 и 41, обеспечивающих как параллельный пропуск через электролизер 17 рабочего раствора сорбента при регенерации, так и последовательный 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котельных установках, работающих на газообразном или жидком топливе.

Известна выбранная в качестве прототипа котельная установка, содержащая котел, подключенный воздуховодом дутьевого воздуха и газоходом соответственно к контактному воздухоподогревателю и контактно-поверхностному экономайзеру, каждый из которых снабжен орошающим устройством и поддоном, включенными в водяной циркуляционный контур.

Недостатками известной котельной установки являются ее низкая экономичность и повышенная концентрация токсичных веществ в отводимых продуктах сгорания.

Целью изобретения является повышение экономичности и снижение токсичности отводимых продуктов сгорания.

Цель достигается тем, что котельная установка, содержащая котел, подключенный воздуховодом дутьевого воздуха и газоходом соответственно к контактному воздухоподогревателю и контактно-поверхностному экономайзеру, каждый из которых снабжен орошающим устройством и поддоном, включенным в водяной циркуляционный контур, согласно изобретению дополнительно содержит баки запаса сорбента и кислоты, электролизер с патрубком отвода газообразных продуктов электролиза и установленный в газоходе между котлом и экономайзером абсорбер с орошающим устройством и поддоном, которые включены в рециркуляционный контур, с предвключением бака запаса сорбента и включением электролизера, патрубок отвода газообразных продуктов электролиза которого подключен к воздуховоду дутьевого воздуха, причем электролизер выполнен в виде двухкамерной емкости, разделенной дополнительно установленной мембраной на анодную и катодную камеры, включенные параллельно в рециркуляционный контур посредством входных и выходных трубопроводов с запорной арматурой, анодная камера снабжена переливным трубопроводом с запорной арматурой, подключенным к выходным трубопроводам анодной и катодной камер до их запорной арматуры, а после последней эти трубопроводы сообщены дополнительно установленной перемычкой. Бак запаса сорбента подключен к выходным трубопроводам анодной и катодной камер и через регулятор расхода к водяному циркуляционному контуру. Бак запаса кислоты подключен к выходному трубопроводу анодной камеры перед его запорной арматурой дополнительным трубопроводом с запорным органом и рН-метром, а выходной трубопровод анодной камеры сообщен с водяным циркуляционным контуром трубопроводом с регулятором расхода, соединенным с рН-метром.

На чертеже представлена принципиальная схема котельной установки.

Котельная установка содержит котел 1, подключенный воздуховодом 2 дутьевого воздуха к снабженному орошающим устройством 3 и поддоном 4 контактному воздухоподогревателю 5 и газоходом 6 к последовательно установленным в нем абсорберу 7 и контактно-поверхностному экономайзеру 8, а также баки запаса сорбента 33 и кислоты 37. Абсорбер 7 и контактно-поверхностный экономайзер 8 снабжены орошающими устройствами 9, 10 и поддонами 11, 12, при этом орошающие устройства 3, 10 и поддоны 4, 12 контактного воздухоподогревателя 5 и контактно-поверхностного экономайзера 8 включены в водяной циркуляционный контур 13, а орошающее устройство 9 и поддон 11 абсорбера 7 - в рециркуляционный контур 16 с предвключенным баком 33 запаса сорбента и включенным электролизером 17, патрубок 44 отвода газообразных продуктов электролиза которого подключен к воздуховоду 2 дутьевого воздуха. Электролизер 17 выполнен в виде двухкамерной емкости, разделенной мембраной 18 на анодную 19 и катодную 20 камеры, включенные параллельно в рециркуляционный контур 16 посредством входных 23, 24 и выходных 27, 28 трубопроводов с запорной арматурой 25, 26 и 29, 30 соответственно, причем анодная камера 19 снабжена переливным трубопроводом 31 с запорной арматурой 32, подключенным к выходным трубопроводам 27 и 28 анодной 19 и катодной 20 камер до их запорной арматуры 29, 30, а после последней эти трубопроводы сообщены перемычкой 41. Бак 33 запаса сорбента подключен к выходным трубопроводам 27, 28 анодной 19 и катодной 20 камер и через регулятор 35 расхода трубопроводом 34 к водяному циркуляционному контуру 13. Бак 37 запаса кислоты подключен к выходному трубопроводу 27 анодной камеры 19 перед его запорной арматурой 29 дополнительным трубопроводом 38 с запорным органом 39 и рН-метром 40, а входной трубопровод 23 анодной камеры 19 сообщен с водяным циркуляционным контуром 13 трубопроводом 42 с регулятором 43 расхода, соединенным с рН-метром 40.

Водяной циркуляционный контур 13 содержит насосы 14 и 15, а электролизер 17 - электроды: анод 21 и катод 22, подключенные к источнику постоянного тока (на чертеже не показан). В баке 33 запаса сорбента установлен датчик 36 уровня, соединенный с регулятором 35 расхода. Патрубок 44 отвода газообразных продуктов электролиза из электролизера 17 подключен к воздуховоду 2 дутьевого воздуха трубопроводом 45 с запорной арматурой 46. Рециркуляционный контур 16 снабжен насосом 47, а бак 37 запаса кислоты - выпускным патрубком 48 с запорным органом 49.

Котельная установка работает следующим образом.

Продукты сгорания топлива, отводимые от котла 1 по газоходу 6, поступают в абсорбер 7, где очищаются от токсичных окислов путем промывки водным раствором сорбента, подаваемым через орошающее устройство 9. Далее очищенные и увлажненные продукты сгорания поступают в контактно-поверхностный экономайзер 8, где охлаждаются, отдавая тепло при прямом контакте промежуточному теплоносителю (конденсату), циркулирующему по контуру 13 и подаваемому в экономайзер 8 через орошающее устройство 10. Экономайзер 8 может быть как контактно-поверхностным, так и контактным. Процесс охлаждения продуктов сгорания сопровождается интенсивной конденсацией из последних водяных паров. Промежуточный теплоноситель (циркулирующая вода и конденсат водяных паров продуктов сгорания) сливаются в поддон 12 с температурой, близкой к температуре мокрого термометра продуктов сгорания (55-65^оС). Из поддона 12 контактно-поверхностного экономайзера 8 горячий конденсат подается насосом 15 на орошающее устройство 3 контактного воздухоподогревателя 5, где охлаждается потоком дутьевого воздуха, одновременно нагревая и увлажняя последний. Охлажденный конденсат из поддона 4 контактного воздухоподогревателя 5 насосом 14 подается на орошающее устройство 10 экономайзера 8. Избыток конденсата отводится из водяного циркуляционного контура 13 на собственные нужды котельной и для подпитки рециркуляционного контура 16.

Процесс очистки продуктов сгорания от токсичных примесей осуществляется следующим образом.

Перед началом работы рециркуляционный контур 16 заполняют рабочим водным раствором сорбента, представляющим собой, например, водный раствор хлористого натрия и гидроксида натрия. В процессе работы котельной установки в электролизере 17 генерируется (и насыщает раствор рециркуляционного контура 16) гипохлорит натрия.

Электрохимический процесс получения гипохлорита натрия идет по следующей схеме: NaCl + NaOH + H₂O ± e _→ NaOCl + NaOH + H₂ .

В результате активного контакта рабочего раствора сорбента с продуктами сгорания в рабочем объеме абсорбера 7 протекают химические реакции по следующим схемам: NO + NaOCl _→ NaCl + NO₂; CO + NaOCl _→ NaCl + CO₂; NO + NO₂ + 2NaOH + NaOCl _→ 2NaNO₃ + NaCl + H₂O, в результате которых осуществляется очистка продуктов сгорания от токсичных окислов.

В электролизере 17 происходит регенерация гидроксида натрия из нитрата натрия, образовавшегося в абсорбере 7 в результате поглощения окислов азота гидроксидом натрия, при этом выделяется молекулярный азот. Указанный процесс протекает по схеме NaNO₃ + H₂O ± e _→ NaOH + N₂ .

Газообразные продукты электролиза (азот и водород) подаются через патрубок 44, трубопровод 4 (запорная арматура 46 открыта) в воздуховод 2, где смешиваются с увлажненным и подогретым дутьевым воздухом, подаваемым в котел 1.

Описанный процесс очистки продуктов сгорания осуществляется при сжигании в котле 1 газообразного топлива. При этом рабочий раствор сорбента может проходить через анодную 19 и катодную 20 камеры параллельными потоками или же последовательно через катодную 20 и далее анодную 19 камеры. В первом варианте запорные органы 25, 26, 29, 30 открыты, а запорные органы 32, 39 и 41 закрыты; во втором варианте открыты запорные органы 26, 32, 39, 41, а запорные органы 25, 29 и 30 закрыты.

При работе котла 1 на жидком топливе в продуктах сгорания присутствуют также окислы серы. В данном случае перед началом работы рециркуляционный контур 16 заполняется конденсатом из водяного циркуляционного контура 13. В начале работы установки в адсорбере 7 происходит связывание окислов серы водой: SO₃ + H₂O _→ H₂SO₄; SO₂ + H₂O _→ H₂SO₃.

При этом рециркуляция рабочего раствора абсорбента осуществляется только через трубопроводы 24, 28 и катодную камеру 20, запорный орган 41 закрыт.

В катодной камере 20 электролизера 17 под воздействием электрического тока протекают электрохимические процессы генерации ряда политионовых кислот: H₂SO₃ ± e _→ H₂S₂O₄ ± e _→ H₂S_nO_m.

В абсорбере 7 в дальнейшем преобладают химические процессы, протекающие по следующим схемам: H₂S₂O₄ + NO_x _→ H₂SO₄ + H₂SO₃ + N₂ ;
H₂S₂O₄ + SO₂ + H₂O _→ H₂SO₄ + H₂S₂O₃.

Анодная камера 19 электролизера 17 заполнена также конденсатом, запорные органы 25, 29, 32 закрыты, а запорный орган 39 приоткрыт. В электролизeре 17 под воздействием электрического тока анионы ряда кислот переходят через анионообменную мембрану 18 из катодной камеры 20 в анодную камеру 19, где накапливается серная кислота. По достижении требуемой товарной концентрации раствор серной кислоты из анодной камеры 19 через трубопровод 38 и запорный орган 39 отводится в бак 37. Концентрация серной кислоты на постоянном уровне поддерживается путем непрерывной подпитки объема анодной камеры 19 конденсатом из водяного циркуляционного контура 13 через трубопровод 42 и регулятор 43 расхода, который работает по импульсам рН-метра 40.

При контакте водного раствора сорбента с продуктами сгорания в абсорбере 7 протекают также процессы массообмена, при которых вода из раствора упаривается и увлажняет продукты сгорания. Для поддержания в рециркуляционном контуре 16 постоянного объема и концентрации рабочего раствора сорбента предусмотрена его подпитка конденсатом из водяного циркуляционного контура 13 через трубопровод 34 с регулятором 35 расхода в бак 33 путем автоматического поддержания рабочего уровня в последнем посредством управления регулятором расхода с помощью датчика 36 уровня.

Таким образом, изобретение обеспечивает экономичную работу установки, снижение содержания токсичных компонентов в уходящих продуктах сгорания и снижает эксплуатационные расходы и расходы на изготовление.

Формула изобретения

1. КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая котел, подключенный воздуховодом дутьевого воздуха и газоходом соответственно к контактному воздухоподогревателю и контактно-поверхностному экономайзеру, каждый из которых снабжен орошающим устройством и поддоном, включенными в водяной циркуляционный контур, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и снижения токсичности отводимых продуктов сгорания, установка дополнительно содержит баки запаса сорбента и кислоты, электролизер с патрубком отвода газообразных продуктов электролиза и установленный в газоходе между котлом и экономайзером абсорбер с орошающим устройством и поддоном, которые включены в рециркуляционный контур с предвключением к последнему бака запаса сорбента и включением электролизера, патрубок отвода газообразных продуктов электролиза которого подключен к воздуховоду дутьевого воздуха, при этом электролизер выполнен в виде двухкамерной емкости, разделенной дополнительно установленной мембраной на анодную и катодную камеры, включенные параллельно в рециркуляционный контур посредством входных и выходных трубопроводов с запорной арматурой, причем анодная камера снабжена переливным трубопроводом с запорной арматурой, подключенным к выходным трубопроводам анодной и катодной камер до их запорной арматуры, а после последней эти трубопроводы сообщены дополнительно установленной перемычкой.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что бак запаса сорбента подключен к выходным трубопроводам анодной и катодной камер и через регулятор расхода - к водяному циркуляционному контуру.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что бак запаса кислоты подключен к выходному трубопроводу анодной камеры перед его запорной арматурой дополнительным трубопроводом с запорным органом и рН-метром, а входной трубопровод анодной камеры сообщен с водяным циркуляционным контуром трубопроводом с регулятором расхода, соединенным с рН-метром.

РИСУНКИ

Рисунок 1