Автоматические котлы пульсирующего горения

Автоматические котлы пульсирующего горения

Автоматические котлы пульсирующего горения предназначены для отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений по закрытой схеме. По своей эффективности, безопасности и принципиально новой технологии выработки тепла автоматические котлы пульсирующего горения не имеют аналогов в России и СНГ, являются одним из наиболее технологичных образцов современной теплоэнергетики и представляют практический интерес для широкого круга потребителей.

В России, с ее географическим положением и довольно холодным климатом, тепловодоснабжение представляет собой одну из наиболее затратных составляющих инженерного обеспечения помещений, зданий и сооружений различного назначения. В настоящее время решение этой задачи является непременным условием обеспечения требуемого уровня комфортности среды обитания человека.

В этой связи повышенный интерес специалистов вызывают производимые ФГУП «КРЭМЗ» автоматические водогрейные котлы пульсирующего горения (рис. 1). Это оборудование обеспечивает принципиально новую технологию выработки тепла и радикальное снижение его себестоимости. Новизна котлов заключается в принципе их работы, основанном на периодическом объемном (безфакельном) сжигании газообразного топлива, а также в конструктивных особенностях, главные из которых — отсутствие горелки, дымососа, стандартной дымовой трубы, механически движущихся частей.

Упрощенно принцип действия и конструкцию котла (рис. 2) пульсирующего горения можно представить следующим образом.

В камеру сгорания 1 через воздушнопульсирующий 5 и газопульсирующий 7 мембранные клапаны, расположенные соответственно в ресиверных камерах 3 и 6, подается топливный газ. С помощью электрозапальной свечи 8 осуществляется первичное воспламенение газовоздушной смеси в камере сгорания 1 и кратковременное повышение давления, приводящее к возникновению акустических волн в резонаторе 9. Камера сгорания 1 совместно с резонансными трубами 9 образует объемный акустический резонатор типа резонатора Гельмгольца. Когда давление в камере 1 превышает давление в ресиверах 3 и 6, пульсирующие мембранные клапаны 5 и 7 закрываются. При этом дальнейшее поступление газа и воздуха в камеру сгорания приостанавливается. Под избыточным давлением дымовые газы выходят из камеры сгорания 1 и через резонансные трубы 9 и выхлопной коллектор 10 поступают в окружающую среду. Через определенное время (около 20 мс) давление в камере снижается и пульсирующие клапаны открываются, впуская очередную порцию газа и воздуха. Приведенный цикл повторяется с частотой около 35−40 раз в секунду. Устанавливается периодический (автоколебательный) процесс, именуемый пульсирующим горением.

После установления процесса пульсирующего горения всасывание воздуха происходит благодаря периодическим полуволнам разрежения, а повторное воспламенение свежих порций газовоздушной смеси осуществляется не от свечи 8, а остаточным пламенем, которое постоянно присутствует в зоне завихрения на свечном конце камеры сгорания. Процесс пульсирующего горения может продолжаться неограниченное время, пока не будет отключена подача топливного газа. Для включения и отключения подачи топливного газа служит отсечной клапан 13.

Камера сгорания 1 и резонансные трубы 9 окружены водяной рубашкой 2, 9 и 14, по которой противотоком к дымовым газам движется нагреваемая вода. С помощью вентилятора 4 осуществляется продувка камеры сгорания и резонансных труб перед розжигом и после прекращения горения.

Автоматика котла обеспечивает не только его автоматизированную работу в различных режимах (розжиг, поддержание режима горения и выработки тепла, отключение по командам управления теплопроизводительности и т. д.), но и высокую безопасность при эксплуатации и возникновении внештатных и аварийных ситуаций.

От других систем отопления или горячего водоснабжения котлы пульсирующего горения выгодно отличают:

• 1. Предельная простота конструкции, отсутствие горелочного устройства.
• 2. Отсутствие необходимости применения дымовой трубы для обеспечения самотяги. Давление и скорость движения дымовых газов на выходе из камеры сгорания достаточны, чтобы отказаться от установки громоздких и дорогих дымовых труб. Выхлопной патрубок представляет собой небольшую (диаметром не более 200 мм) трубу длиной максимум 6 м (для самых мощных котлов из предлагаемой серии — 800 кВт) и является по существу выхлопной трубой двигателя внутреннего сгорания. По сравнению с традиционными решениями, экономия средств при сооружении устройств дымоудаления в котельной с котлами пульсирующего горения, по крайней мере, двукратная.
• 3. Отсутствие механически движущихся частей (за исключением малого вентилятора кратковременного действия).
• 4. Малые габариты (не более 2,2 дм³ на 1 кВт) и масса (1,2 т на МВт) на единицу теплопроизводительности вследствие интенсификации (в 3−4 раза выше, чем в традиционных котлах) процессов теплообмена в камере сгорания.
• 5. Минимальное электропотребление (не более 110 Вт) и высокий КПД (93−95%) независимо от тепловой производительности котла.
• 6. Возможность работы при сверхнизком давлении газового топлива (менее 70 мм. вод. ст.). Котел сохраняет работоспособность даже при нулевом давлении в питающем газопроводе, так как работает по принципу самовсасывающего реактивного двигателя.
• 7. Низкий уровень эмиссии (выброса) вредных веществ (СО, N0, N0₂). На единицу выработанного тепла эмиссия оксидов азота в 1,5−2 раза ниже, чем в традиционных котлах.
• 8. Высокий уровень пассивной безопасности из-за малого объема, заполняемого газовоздушной смесью, и высокой прочности оболочек. Особенно высока пассивная безопасность котельной установки с котлоагрегатами наружного размещения. В этом случае принципиально исключена возможность загазовывания помещений.
• 9. Высокая надежность, безопасность и низкая трудоемкость обслуживания (не более 1 нормосмены на 1 котлоагрегат в год). Предельно простая конструкция, автоматизация работы котлов в сочетании с самодиагностирующимся блоком управления обеспечивают их обслуживание даже без постоянного присутствия дежурного персонала. Проектом котельных дежурный персонал не предусмотрен. Диспетчеризация по всем существенным параметрам работы и внештатным ситуациям возможна по каналам связи (телефон, в том числе мобильный, радиосвязь). Все электронные приборы блока управления с энергонезависимой памятью допускают отключение от питающей сети. При пропадании напряжения во время подготовки к пуску или во время горения работа всех устройств приостанавливается, а после восстановления питания автоматически возобновляется.
• 10. Простота и сокращение сроков монтажа, наладки и ввода в строй за счет высокой степени заводской готовности. Конструкция котла является полносборной моноблочной, поставляемой на место установки в собранном виде.
• 11. Возможность строить модульные котельные установки на малых (не более 10 м2) площадях и в контейнерах за счет компактного их размещения (например, расположение котлов ПВ-400 друг над другом до 3-х штук). Это позволяет при использовании ограниченного набора типовых котлов решать разнообразные задачи тепловодоснабжения не только отдельных помещений, но и небольших микрорайонов и поселков.
• 12. Возможность размещения котлов специальной модификации на открытых площадках.

Котлы пульсирующего горения имеют сертификат Госстандарта России и разрешение ГГТН РФ на применение. Устройство котла защищено патентом на изобретение. Учитывая массовость привычной системы тепловодоснабжения и ее износ, можно прогнозировать широкий спрос на указанную продукцию не только для оборудования вновь строящихся объектов, но и для замены или модернизации уже имеющихся систем.

Технические характеристики котлов пульсирующего горения мощностью 100, 400 и 800 кВт представлены в таблице.

отопление котел горение тепло.