Версия для печати

В настоящее время выпускается немало видов автономных отопительных установок, в число которых входят и автоматические водогрейные котлы пульсирующего горения. в них используется принципиально новая технология выработки тепла. Достигнутые технические характеристики позволяют утверждать, что котлы пульсирующего горения являются одним из наиболее эффективных и безопасных средств решения задачи отопления. Принцип работы этих котлов основан на периодическом объемном (бесфакельном) сжигании газообразного топлива. Этим обстоятельством обусловлены их конструктивные особенности, например, отсутствие горелки, трубы самотяги или дымососа и механически движущихся частей. При использовании установок пульсирующего горения нет необходимости в высокой дымовой трубе для обеспечения самотяги.

Площади поперечного сечения дымоходов котлов в 3–5 раз меньше, чем у котлов факельного горения, что обеспечивает по меньшей мере двукратную экономию средств при сооружении устройств дымоудаления в котельной с котлами пульсирующего горения (по сравнению с обычными решениями). Дымовая труба предельно малого сечения и дымоходы таких котлов по существу являются выхлопными трубами двигателя внутреннего сгорания.

Независимо от тепловой производительности котла мощность электрооборудования не превышает 100 Вт. При минимальном энергопотреблении котлы имеют высокий  КПД — 93–95%. Малые габариты (не более 2,2 дм/кВт) и масса  (1,2 т/МВт) на единицу теплопроизводительности обусловлены высоким коэффициентом теплоотдачи от продуктов сгорания стенкам теплообменного аппарата и высокими скоростями течения газовых сред, которые в 3–4 раза выше, чем в традиционных котлах.

Работа котлов характеризуется низким уровнем угарного газа, оксидов азота на единицу выработанного тепла. Например, эмиссия оксидов азота в 1,5–2 раза ниже, чем в традиционных котлах. Еще одно достоинство, особенно актуальное для российских условий эксплуатации – они могут работать при сверхнизком давлении газового топлива (менее 70 мм вод. ст.). Даже при нулевом избыточном давлении в питающем газопроводе котел сохраняет работоспособность, т. к. работает по принципу самовсасывающего реактивного двигателя.

Описание устройства  и принцип действия теплогенераторов

Теплогенератор пульсирующего горения (рис. 1 и 2) содержит камеру пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном, включающую камеру сгорания с системой подачи топлива через форсунку, запорный вентиль, систему воспламенения, состоящую из электрической свечи и трубки для подачи воздуха в момент  первоначального воспламенения топлива, резонансную трубу, тангенциально присоединенную к камере сгорания, расположенные в общем кожухе, который с помощью телескопического соединения связан с инжектором, что обеспечивает возможность осевого перемещения инжектора для изменения расстояния от среза резонансной трубы до горловины инжектора; воздушную трубу, состоящую из входного участка, жестко скрепленного посредством перемычки с кожухом, и выходного участка, при этом теплогенератор снабжен охладительно-смесительной камерой, которая соединена с выходным отверстием инжектора таким образом, что ее ось расположена перпендикулярно оси инжектора.

Охладительно-смесительная камера имеет цилиндрический участок с патрубком для подвода газов из инжектора по окружности камеры, конический участок, оканчивающийся выходным соплом, патрубок на наружной поверхности днища; внутри охладительно-смесительной камеры на поверхности днища по ее оси крепится суживающееся воздушное сопло, через которое осуществляется поступление охлаждающего воздуха в охладительно-смесительную камеру.

Выходной участок воздушной трубы одним концом крепится к патрубку, а другим телескопически соединяется с входным участком воздушной трубы, в котором установлена заслонка, имеющая раструб, расположенный соосно с концом аэродинамического клапана, выступающего из кожуха. Теплогенератор пульсирующего горения работает следующим образом. С помощью трубки через аэродинамический клапан подается воздух в камеру сгорания, включается электрическая свеча, затем открывается запорный вентиль, и жидкое топливо через форсунку подается в камеру сгорания.

После достижения устойчивого пульсирующего горения в камере сгорания прекращается подача воздуха через трубку и отключается электрическая свеча. Продукты сгорания выбрасываются периодически с частотой 50–70 Гц из резонансной трубы с большой скоростью и высокой температурой 900–1100° С. Проходя через горловину инжектора, продукты сгорания создают разрежение в кожухе, за счет этого обеспечивается подсос холодного воздуха через входное отверстие кожуха, который, обтекая камеру сгорания и резонансную трубу, смешивается в инжекторе с продуктами сгорания и поступает в охладительно-смесительную камеру. Во время пульсирующего  горения в камере воспламенения из аэродинамического клапана периодически с частотой  50–70 Гц выбрасывается с высокой скоростью струя воздуха. Эта струя направляется во входной участок воздушной трубы, что и обеспечивает подсос в нее через раструб холодного окружающего воздуха.

Входной участок воздушной трубы изогнут таким образом, чтобы выходящий из нее воздух был направлен по оси кожуха и через выходной участок воздушной трубы поступал в смесительно-охладительную камеру через воздушное сопло. В камере происходит смешение охлаждающего воздуха с газами из инжектора и образуется смесь газов с температурой, требуемой для рабочей смеси tpc, которая через выходное сопло охладительно-смесительной камеры поступает потребителю.

Теплогенераторы имеют следующие достоинства:

1. Предельная простота конструкции, отсутствие горелки и дымососа;

2. Малые габариты и масса на единицу теплопроизводительности (в 2 раза выше, чем в традиционных котлах). Такие весогабаритные характеристики обусловлены высоким коэффициентом теплоотдачи от продуктов сгорания к стенкам теплообменного аппарата и высокими скоростями течения газовых сред;

3. Экономичность использования энергетических ресурсов теплогенераторов пульсирующего горения обусловливается:  отсутствием дымососа и постоянно действующего вентилятора (электроэнергию потребляют только КИПиА);  малым гидравлическим сопротивлением контура котла (экономия электроэнергии в насосном хозяйстве);  высоким КПД котла (93–95%);  малой поверхностью теплообменного аппарата и малой собственной теплоемкостью котлоагрегата – малые потери тепла временно остановленным и повторно запускаемым котлом;  малым расходом тепла на собственные нужды котельной вследствие ее малогабаритности.

4. Работа в системе стартстопного регулирования, дающая значительную экономию газа;

5. Предельная простота конструкции, высокая надежность, простота и сокращение сроков монтажа, наладки и ввода в строй за счет высокой степени заводской готовности;

6. Возможность строить котельные установки на малых площадях за счет компактного их размещения (например, установка 2 котлов ПВ400 друг на друга, для чего в конструкции предусмотрены установочные элементы);

7. Высокий уровень пассивной безопасности из-за малого объема, заполняемого газовоздушной смесью, и высокой прочности оболочек. Теплогенераторы имеют столь малые объемы всех полостей, что суммарная энергия хлопка незначительна, а прочность всех элементов конструкции позволяет выдержать избыточное давление при хлопке 16 кг/см2, хотя теоретически достижимое давление при хлопке – 8 кг/см2.«Пассивная безопасность»  (в газовом хозяйстве) означает, что единица газоиспользующего оборудования сконструирована (рассчитана) и изготовлена (с обязательными последующими испытаниями) таким образом, что при выведении из действия (выходе из строя) любых элементов (узлов) автоматики безопасности исключается травмирование людей и/или значительный материальный ущерб от «хлопка» газовоздушной смеси;

«Полная пассивная безопасность» комплекса газоиспользующего оборудования (котельной установки в целом), кроме изложенного в п. 1, предполагает также отсутствие газо опасного помещения, в котором наряду с травмированием персонала возможно отравление (удушье) топливным либо угарным газом.

Реформирование ЖКХ в регионах России неизбежно влечет децентрализацию коммунального теплоснабжения с резким увеличением количества автономных газовых котельных. Изменения в промышленности, сельском хозяйстве и сфере обслуживания, повлекшие возникновение большого количества малых предприятий, и рационализация теплоэнергетики средних предприятий также обусловили многократное увеличение количества автономных газоиспользующих установок. Простой механический  перенос наработанного опыта проектирования, строительства и эксплуатации объектов газопотребления абсолютно неприемлем в новых условиях.

Cм. также дизель генераторы и тепловые пушки

Источник: журнал "Электро-Info"

Близкие материалы сайта

Поддержка