ЭЖЕКТОР-КОНДЕНСАТОР Российский патент 1997 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к струйной технике, в частности к устройствам, предназначенным для откачки парогазовой смеси и конденсации пара из физико-химического реактора, например, деаэратора и может найти применение в различных отраслях теплотехники.

Известен конденсатор парогазовой смеси (охладитель выпара) поверхностного типа [1] Устройство представляет собой цилиндрический корпус со встроенными трубками, по которым проходит охлаждающая вода (основной конденсат турбины). Противотоком из патрубка подачи парогазовой смеси, установленного в верхней части корпуса, в устройство подается выпар. Контактируя с более холодными поверхностями трубок, парогазовая смесь частично конденсируется, а конденсат пара из выпара и оставшийся воздух в смеси с неконденсировавшимся паром удаляется через соответствующие патрубки, расположенные в нижней части корпуса.

Известен конденсатор парогазовой смеси (охладитель выпара) контактного типа [2] работающий по принципу противоточного конденсатора смешения. Он представляет собой одноступенчатый охладитель выпара, в котором патрубок подачи парогазовой смеси, расположенный в нижней части корпуса, направляет ее на отражатель, установленный на днище корпуса. Распределение охлаждающей воды ниспадающими струями осуществляется с помощью решетки, размещенной в верхней части корпуса непосредственно под патрубком подачи воды. Поднимаясь вверх, потоки парогазовой смеси контактируют со струями воды и пар, охлаждаясь, конденсируется. Патрубок выхода воды и полученного конденсата расположен в центральной части днища корпуса, а патрубок отвода остаточной парогазовой смеси в верхней части корпуса.

Приведенные аналоги позволяют конденсировать пар из парогазовой смеси и получать на выходе воду температурой 30-40^oC, при этом подлежащий удалению газ и остатки несконденсировавшегося пара удаляются специальным эжектором, а подогретая вода в деаэратор с помощью дополнительного устройства.

Известно газоотсасывающее устройство [3] принятое за прототип.

Указанное устройство содержит патрубки подвода воды, открывающиеся в водяные камеры, переходящие в кольцевые водяные сопла. Эжектируемые газообразные продукты поступают через центральное сопло в первую водяную камеру, где происходит их взаимодействие с эжектирующей водой с образованием водогазовой эмульсии. Опускаясь по камере смешения, водогазовая эмульсия реализует скачок уплотнения, сопровождающийся местным увеличением давления. Это обстоятельство позволяет снизить энергозатраты на эжекцию водой во второй водяной камере. Далее, истекая через диффузор, разбавленная водой водогазовая эмульсия существенно снижает скорость, что приводит к увеличению давления на выходе из установки. Попадая под уровень воды в бакеотстойнике, водогазовая эмульсия естественным путем освобождается от содержащегося в ней газа.

Прототип позволяет удалять неконденсирующиеся газы. Однако для его эффективной работы требуется высоконапорный водяной насос, что может быть экономично исключительно в условиях турбины при наличии турбогенератора, служащего источником питания для насоса. Вследствие использования эффекта скачка уплотнения, устройство может устойчиво работать только в штатном режиме.

В основу изобретения положена задача создать эжектор-конденсатор, который может эффективно удалять парогазовую смесь из физико-химического реактора с последующей конденсацией паров парогазовой смеси и получать на выходе воду заданной температуры (до 95^oC) с низким содержанием вредных газов, что позволяет в дальнейшем ее утилизировать (например, деаэрировать) с меньшими энергозатратами.

Поставленная задача решается тем, что эжектор-конденсатор, содержащий патрубок подачи газообразных продуктов, сопло, диффузор, патрубок подачи воды, соединенный с водяной камерой, выход из которой выполнен в виде первого кольцевого сопла, согласно изобретению дополнительно снабжен герметичным цилиндрическим корпусом с днищем и крышкой, в которой соосно корпусу дополнительно установлен патрубок подачи пара с последовательно соосно размещенными соплом, дополнительными первым конфузором, вторым конфузором, при этом патрубок подачи газообразных продуктов установлен радиально на патрубке подачи и сообщается с камерой газообразных продуктов, образованной соплом и стенкой патрубка подачи пара, выход из камеры газообразных продуктов выполнен в виде второго кольцевого сопла и связан с входом первого конфузора, патрубок подачи воды установлен радиально на патрубке подачи пара и сообщается с водяной камерой, образованной первым конфузором и стенкой патрубка подачи пара, первое кольцевое сопло связано с входом второго конфузора, на выходе второго конфузора соосно размещен диффузор, соединенный с осевой трубой, свободный конец которой размещен в патрубке, концентрично установленном на днище корпуса, дополнительно в верхней части корпуса установлен патрубок отвода газа, а в днище патрубок отвода воды.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена конструкция эжектора-конденсатора парогазовой смеси.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 с днищем 2 и крышкой 3, на которой соосно корпусу установлен патрубок 4 подачи пара. Внутри патрубка 4 подачи пара последовательно соосно расположены сопло 5, первый конфузор 6, второй конфузор 7. Указанные детали опираются на патрубок 4, при этом между соплом 5 и стенкой патрубка 4 образована камера 8 газообразных продуктов, а между первым конфузором 6 и стенкой патрубка 4 образована водяная камера 9. Выход водяной камеры 9 выполнен в виде первого кольцевого сопла 10, образованного наружной поверхностью выходной части первого конфузора 6 и внутренней поверхностью второго конфузора 7 и таким образом сообщается с входом второго конфузора 7. Выход камеры 8 газообразных продуктов выполнен в виде второго кольцевого сопла 11, образованного наружной поверхностью выходной части сопла 5 внутренней поверхностью первого конфузора 6 и, таким образом, сообщается с входом первого конфузора 6. На патрубке 4 подачи пара установлены радиально патрубок 12 подачи газообразных продуктов, сообщающийся с камерой 8, а также радиальный патрубок 13 подачи воды, сообщающийся с водяной камерой 9. На выходе второго конфузора 7 соосно установлены диффузор 14, соединенный с трубой 15. Свободный конец трубы 15 размещен в патрубке 16, закрепленном на днище 2 концентрично трубе 15. Патрубок 17 отвода газа и патрубок 18 отвода воды установлены на крышке 3 и днище 2 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

В корпус патрубка 4 подвода пара на вход сопла 5 подается рабочий пар. Разгоняясь в сопле 5 на его срезе пар создает разряжение, достаточное для поступления в патрубок 12 газообразных продуктов из физико-химического реактора, например, деаэратора. Пар, эжектируя из полости 8 через второе кольцевое сопло 11 газообразные продукты, например, парогазовую смесь, смешиваясь с ней поступает в первый конфузор 6, где образовавшаяся смесь сжимается, скорость ее падает. На срезе первого конфузора 6 скорость смеси вполне достаточна для эжектирования воды, поступающей по патрубку 13 в водяную камеру 9. Эжектированная через кольцевое сопло 10 вода вместе с парогазовой смесью истекает через второй конфузор 7. Во втором конфузоре 7 пар из парогазовой смеси конденсируется в воде, нагревая ее до заданной температуры. Образовавшаяся после конденсации пара и нагрева воды горячая водогазовая смесь, поступает в диффузор 14, где кинетическая энергия потока частично переходит в потенциальную энергию давления. Далее опускаясь по трубе 15 водогазовая смесь ударяется о днище 3, разворачивается на 180^o, теряет большую часть скоростного напора. Поднимаясь по кольцевому зазору, образованному стенками трубы 15 и патрубка 16 со скоростью, меньшей чем скорость подъема пузырей диаметром больше одного мм, смесь, достигая границы фаз жидкости и газа в верхней части корпуса 1, освобождается от 85% газа, содержащегося в ней. В полости под крышкой 3, благодаря интенсивному выходу газа, образуется избыточное давление, вследствие чего газ без помощи дополнительных устройств удаляется через патрубок 17. Вода опускается в кольцевом зазоре, образованном стенкой патрубка 16 и корпусом 1 со скоростью, меньшей, чем скорость всплытия пузырей диаметром меньше 10^-3 мм, благодаря чему она освобождается от большей части газа, оставшегося в ней. Далее через патрубок 18 вода поступает на вход деаэратора. Вследствие того, что вода имеет повышенную температуру (≅ 95^oC), низкое газосодержание, существенно облегчается работа деаэратора в целом, что дает возможность сократить энергозатраты на работу комплекса, в котором установлено предлагаемое устройство.

Экспериментально установлено, что заявляемое устройство может устойчиво работать на любых расходных (для газообразных продуктов) режимах.

Использование в качестве энергоносителя пара приводит к существенному сокращению электроэнергии и расходов по эксплуатации и обслуживанию, а также повышает надежность.

Таким образом, заявляемое устройство может найти применение в качестве моноблочного варианта охладителя выпара-эжектора для деаэрационных установок производственных котельных, а также может быть применимо в различных производствах, включая химическую, пищевую промышленность, где необходимо:
создание вакуума в заданном объеме,
отсос газовых конденсирующихся и неконденсирующихся компонентов из заданного объема,
конденсация конденсирующихся компонентов в жидкость (воду),
догрев сконденсированных компонентов до заданной температуры.

Использование: в области струйной технике, в частности, для откачки парогазовой смеси и конденсации пара. Сущность: эжектор дополнительно снабжен герметичным цилиндрическим корпусом с днищем и крышкой, в которой соосно корпусу дополнительно установлен патрубок подачи пара с последовательно соосно размещенным соплом, дополнительным первым конфузором, вторым конфузором, при этом патрубок подачи газообразных продуктов установлен радиально на патрубке подачи пара и сообщается с камерой газообразных продуктов, образованной соплом и стенкой патрубка подачи пара, выход из камеры газообразных продуктов выполнен в виде второго кольцевого сопла и связан с входом первого конфузора, патрубок подачи воды установлен радиально на патрубке подачи пара и сообщен с водяной камерой, образованной первым конфузором и стенкой патрубка подачи пара, первое сопло связано с входом второго конфузора, на выходе второго конфузора соосно размещен диффузор, соединенный с осевой трубкой, свободный конец которой размещен в патрубке, концентрично установленном на днище корпуса, дополнительно в верхней части корпуса установлен патрубок отвода газа, а в днище - патрубок отвода воды. 1 ил.

Эжектор-конденсатор, содержащий патрубок подачи газообразных продуктов, сопло, диффузор, патрубок подачи воды, соединенный с водяной камерой, выход из которой выполнен в виде первого кольцевого сопла, отличающийся тем, что дополнительно снабжен герметичным цилиндрическим корпусом с днищем и крышкой, в которой соосно корпусу дополнительно установлен патрубок подачи пара с последовательно соосно размещенными соплом, дополнительным первым конфузором, вторым конфузором, при этом патрубок подачи газообразных продуктов установлен радиально на патрубке подачи пара и сообщается с камерой газообразных продуктов, образованной соплом и стенкой патрубка подачи пара, выход из камеры газообразных продуктов выполнен в виде второго кольцевого сопла и связан с входом первого конфузора, патрубок подачи воды установлен радиально на патрубке подачи пара и сообщается с водяной камерой, образованной первым конфузором и стенкой патрубка подачи пара, первое кольцевое сопло связано с входом второго конфузора, на выходе второго конфузора соосно размещен диффузор, соединенный с осевой трубой, свободный конец которой размещен в патрубке, концентрично установленном на днище корпуса, дополнительно в верхней части корпуса установлен патрубок отвода газа, а в днище патрубок отвода воды.