СИСТЕМА ПАРОВОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F24D1/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, конкретно к системам парового теплоснабжения, в которых передача тепла от пара к нагреваемой среде производится в кожухотрубном теплообменнике.

Известна система теплоснабжения, включающая подающий паропровод, соединенный с абонентским теплообменником горячего водоснабжения, который соединен с конденсатопроводом для возврата конденсата на станцию (патент РФ 2020383, кл. F 24 D 1/00, 1994).

Известна также система теплоснабжения промышленного предприятия, содержащая паровой котел, паропровод, греющие паровые змеевики и конденсатопроводы для возврата конденсата в паровой котел (авт. св. СССР 853303, кл. F 24 D 1/02, 1977). Указанные системы характеризуются большим расходом пара.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система парового теплоснабжения, содержащая источник рабочего пара в виде испарителя, соединенного паровой магистралью с отопительными приборами (патент РФ 2016354, кл. F 24 D 1/00, 1994 - прототип). Отопительные приборы, состоящие из теплообменных труб и кожухов-радиаторов, соединены с конденсатоотводчиком, состоящим из циркуляционного насоса, эжектора и конденсатного бака. Откачанный эжектором из теплообменных труб конденсат попадает в конденсатный бак, откуда подается обратно в испаритель. Благодаря работе эжектора в трубах с теплоносителем создается разрежение, активирующее парообразование в испарителе при более низкой температуре.

К недостаткам прототипа следует отнести его невысокую производительность, обусловленную применением в паровом нагревателе вторичного насыщенного пара, имеющего сравнительно мягкие параметры. Указанная особенность данной системы не позволяет использовать ее в производстве, например, в кондитерской промышленности, где продукт требуется нагреть без непосредственного контакта с теплоносителем, например, в кожухотрубном теплообменнике, и стабильно удерживать заданные технологические параметры в течение всего производственного процесса.

Проблема состоит в том, что при работе парового теплообменника на поверхности теплообменных труб довольно скоро образуется конденсатная пленка. Эта пленка существенно замедляет теплообменные механизмы, из которых самым эффективным является конденсация пара непосредственно на поверхности теплообмена. После образования жидкой пленки теплообмен в основном производится за счет механизма теплопередачи через пленку. Ввиду низкой теплопроводности воды этот механизм не так эффективен, как прямая коденсация пара на сухих трубах.

Исследование уровня техники и тенденций ее развития в данной области показывает, что попытки усовершенствовать систему парового теплоснабжения сводятся, в основном, к изменениям в конструкции теплообменников. Этот путь не может существенно (в полтора-два раза) повысить эффективность использования теплоносителя, поскольку при этом не решается принципиальная задача по снижению концентрации жидкой фазы в пароконденсатной смеси внутри теплообменника.

Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности теплосистемы за счет уменьшения концентрации жидкой фазы в пароконденсатной смеси внутри теплообменника и повторного использования отработанного пара путем отделения его от жидкости.

Это достигается тем, что в системе парового теплоснабжения, содержащей источник пара, теплообменник с паровой и конденсатной магистралью, струйный насос с всасывающим патрубком, сепаратор пара с паропроводом и сливным трубопроводом для конденсата и конденсатный бак, сепаратор пара выполнен в виде двухступенчатого циклона, подключенного входом к конденсатной магистрали, а сливным трубопроводом и паропроводом - соответственно к конденсатному баку и всасывающему патрубку струйного насоса, сообщенного своим основным входом с источником пара, а выходом с паровой магистралью.

Достигаемый технический результат заключается в том, что за счет постоянного отсасывания пароконденсатной смеси из теплообменника поверхность теплообменных труб остается сухой. При этом основным механизмом теплообмена является конденсация свежего пара непосредственно на поверхности теплообмена (повышение эффективности). Кроме того, осушенный в циклоне отработанный пар поступает в струйный насос, где он смешивается со свежим паром и снова подается в теплообменник (повышение экономичности).

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой системы парового теплоснабжения.

Система парового теплоснабжения содержит источник 1 пара, теплообменник 2 с паровой 3 и конденсатной 4 магистралью, струйный насос 5 с всасывающим патрубком 6, сепаратор 7 пара с паропроводом 8 и сливным трубопроводом 9 для конденсата и конденсатный бак 10, при этом сепаратор пара 7 выполнен в виде духступенчатого циклона, подключенного входом к конденсатной магистрали 4, а сливным трубопроводом 9 и паропроводом 8 - соответственно к конденсатному баку 10 и всасывающему патрубку 6 струйного насоса 5, сообщенного своим основным входом с источником пара 1, а выходом - с паровой магистралью 3.

В примере конкретного исполнения теплообменник изготовлен в виде варочной колонки для термообработки продукта, используемого в производстве мармелада. Жидкий продукт подается через патрубок 11 в пучок труб (условно не показаны), установленных внутри теплообменника 2, где подвергается нагреванию без непосредственного контакта с паром. Обработанный до нужной кондиции продукт выходит из теплообменника 2 через патрубок 12 и поступает дальше по технологической линии. Колонка также оборудована предохранительными клапанами и контрольно-измерительными приборами (условно не показаны).

Система парового теплоснабжения работает следующим образом. Струйный насос 5, соединенный с источником пара 1, подает в теплообменник 2 по паровой магистрали 3 свежий (рабочий) пар под давлением 0,6 МПа при температуре 140-170^oС. Свежий пар конденсируется на поверхности теплообменных труб и отдает им свою скрытую теплоту парообразования, нагревая протекающий по трубам продукт. Образующаяся при этом смесь пара с конденсатом поступает по конденсатной магистрали 4 в циклон 7. В циклоне 7 пароконденсатная смесь прогоняется по нисходящей спиральной траектории. Центробежные силы отжимают к стенкам циклона 7 капли воды, которые стекают вниз и через сливной трубопровод 9 отводятся в конденсатный бак 10.

Отделенный от влаги отработанный пар поднимается внутри циклона 7 по восходящей траектории и проходит через вторую ступень - встроенный фильтр тонкой осушки (условно не показан). Затем осушенный пар выходит из циклона 7 по паропроводу 8 и через всасывающий патрубок 6 поступает в струйный насос 5. Струйный насос смешивает отработанный пар из циклона 7 со свежим паром из источника 1 и подает получившуюся смесь в теплообменник 2.

Таким образом, благодаря постоянному отсасыванию из теплообменника 2 пароконденсатной смеси концентрация жидкой фазы внутри теплообменника 2 остается на низком уровне, и поступающий сюда свежий пар конденсируется непосредственно на поверхности теплообменных труб, что существенно повышает эффективность системы в целом. При этом отработанный пар после осушки в циклоне 7 возвращается в паровую магистраль 3 со свежим паром и снова подается в теплообменник 2. Указанные технические решения позволяют значительно сэкономить потребление пара в системе парового теплоснабжения. 2о

Система предназначена для нагрева среды паром в теплообменнике. Система содержит струйный насос, соединяющий источник рабочего пара с теплообменником и сепаратором пара. Сепаратор пара выполнен в виде двухступенчатого циклона, имеющего паропровод для отделенного от конденсата отработанного пара и сливной трубопровод. Паропровод соединен с всасывающим патрубком струйного насоса, а сливной трубопровод - с баком для конденсата. Система повышает эффективность и экономичность. 1 ил.

Система парового теплоснабжения, содержащая источник пара, теплообменник с паровой и конденсатной магистралями, струйный насос с всасывающим патрубком, сепаратор пара с паропроводом и сливным трубопроводом для конденсата и конденсатный бак, отличающаяся тем, что сепаратор пара выполнен в виде циклона, подключенного входом к конденсатной магистрали, а сливным трубопроводом и паропроводом - соответственно к конденсатному баку и всасывающему патрубку струйного насоса, сообщенного своим основным входом с источником пара, а выходом - с паровой магистралью.