ТЕПЛОГЕНЕРАТОР "РЯЗАНЬ-3" Российский патент 1999 года по МПК F24H3/02 

Изобретение относится к преобразователям энергии и может использоваться для нагревания жидкостей, газов и получения пара в энергетике.

Известен теплогенератор "Рязань" (RU 1703924), содержащий нагнетатель, напорный и всасывающий патрубки которого соединены трубопроводом циркуляции теплоносителя жидкости, с расходным патрубком, с размещенным в трубопроводе струйным аппаратом, включающим сопло и камеру смешения.

Известен теплогенератор "Рязань-2" (RU 2088856), содержащий нагнетатель. напорный и всасывающий патрубки которого соединены трубопроводом циркуляции теплоносителя (технической жидкости), с размещенным в трубопроводе струйным аппаратом, включающим патрубок подвода жидкости, подключенным к напорному патрубку, сопло, приемную камеру с газовым патрубком, и камеру смешения, теплообменником нагреваемого продукта с подогревателем продукта, включающим корпус с патрубком подачи продукта и днища с отверстиями и размещенный на камере смешения с размещенным в трубопроводе разделителе газожидкостной смеси (отстойником) с патрубком удаления жидкости, подключенным к всасывающему патрубку, дренажным патрубком и патрубком подпитки жидкости, включающим газовую камеру с патрубком удаления газа; фильтр технической жидкости; универсальное топочное устройство, включающее камеру горения с патрубком отвода газа, подключенным к газовому патрубку, и горелку; нагреватель продукта жидкости, парогенератор и пароперегреватель с патрубком выдачи перегретого пара.

Недостаток известного теплогенератора состоит в его высокой металлоемкости и недостаточной площади нагрева.

Задача изобретения - улучшение компоновки и повышение эффективности теплогенератора.

Теплогенератор содержит перегреватель продукта жидкости, парогенератор, пароперегреватель с патрубком выдачи перегретого пара и подогреватель продукта, размещенные в корпусе теплообменника нагреваемого продукта. Отстойник газожидкостной смеси с патрубком удаления жидкости, подключенным к всасывающему патрубку, струйный аппарат и нагнетатель с напорным и всасывающим патрубками размещены в трубопроводе циркуляции технической жидкости, снабженным расходным патрубком. Корпус теплообменника нагреваемого продукта размещен на камере смешения вертикально, снабжен теплоизоляцией и тепловым компенсатором, например линзовым, а его днище выполнено с отверстиями в виде верхнего и нижнего фланцев. Нижний фланец корпуса скреплен, например, болтами с гайками с отстойником посредством дополнительно установленного на нем фланцевого патрубка. Отстойник газожидкостной смеси включает фильтр технической жидкости, дренажный патрубок, патрубок подпитки жидкости и газовую камеру с патрубком подпитки жидкости и газовую камеру с патрубком удаления газа, а камера смешения выполнена в виде нескольких труб, закрепленных своими концами в отверстиях фланцевых днищ. Струйный аппарат включает патрубок подвода жидкости, подключенный к напорному патрубку, сопло, приемную камеру с газовым патрубком. Также теплогенератор содержит топку, включающую камеру горения и горелку с патрубком отвода газа, подключенным к газовому патрубку и бачок с патрубком подвода технической жидкости. Бачок содержит фланцевое днище с отверстиями, закрепленное на верхнем конце корпуса, например, шпильками с гайками, с образованием приемной камеры (камеры горения) с газовым патрубком, а сопла струйного аппарата закреплены соосно камерам смешения в отверстиях днищ бачка, например, на резьбе.

Теплогенератор может быть снабжен пароструйным аппаратом, содержащим паровое сопло с патрубком подвода пара, подключенным к патрубку выдачи перегретого пара, патрубком подвода и патрубком выдачи жидкости (воды), а также дроссельным клапаном с патрубком входа жидкости, подключенным к патрубку подвода жидкости и патрубком выхода жидкости. Также теплогенератор может быть снабжен нагнетателем газа (дымососом) с газовой заслонкой, включающим всасывающий газовый патрубок, подключенный к патрубку удаления газа, и напорный газовый патрубок, а также регулятором уровня жидкости, с патрубком подпитки жидкости, содержащим клапан с поплавком, закрепленный в отстойнике к патрубку подпитки, и переливную трубку, закрепленную выше уровня жидкости в отстойнике, внешний конец которой опущен ниже уровня жидкости, и содержит обратный клапан, а внутренний - защитную сетку. Теплогенератор может содержать дроссельный клапан, размещенный на участке трубопровода циркуляции между расходным патрубком и патрубком подвода технической жидкости, включающим патрубок входа жидкости, подключенный к напорному патрубку, и патрубок выхода жидкости, подключенный к патрубку подвода жидкости.

На чертеже изображен теплогенератор.

Теплогенератор содержит нагнетатель 1 с напорным 2 и всасывающим патрубком 3, трубопровод циркуляции технической жидкости 4 с расходным патрубком 5, струйный аппарат 6, включающий патрубок подвода жидкости 7, сопла 8, приемную камеру 9 с газовым патрубком 10 и камеры смешения; теплообменник нагреваемого продукта 12, включающим подогреватель продукта 13 с патрубком входа продукта 14; отстойник газожидкостной смеси 15 с патрубком удаления жидкости 16 и фильтром 17, включающий дренажный патрубок 18, патрубок подпитки 19 и газовую камеру 20 с патрубком удаления газа 21; горелку 22 с патрубком отвода газа 23, и камеру горения 9, вертикальный корпус, снабженный теплоизоляцией 24, температурным компенсатором 25, верхним и нижним фланцем 26, скрепленным фланцевым патрубком 27, установленным на отстойнике болтами 28 с гайками 29, перегревателем жидкости 30, парогенератором 31 и пароперегревателем 32 с патрубком выдачи перегретого пара 33, бачок 34 с фланцевым днищем 35, скрепленный с верхним фланцем корпуса шпильками 36 с гайками 29; пароструйный аппарат 37 с паровым соплом 38 и патрубками подвода пара 39, подвода жидкости 40 и выдачи жидкости 41, а также дроссельный клапан 42 с патрубком входа 43 и патрубком выхода жидкости 44, дымосос 45 с заслонкой 46, всасывающим 47 и напорным газовым патрубком 48, регулятор уровня жидкости 49 с патрубком подпитки 19, клапан 50 с поплавком 51, переливная трубка 52 с внешним концом 53 с обратным клапаном 54, и внутренним концом 55 в защитной сеткой 56, дроссельный клапан 57 с патрубком входа 58, и патрубком выхода технической жидкости 59, содержит также водомерное стекло 60, манометр 62, патрубок продувки 62, предохранительный клапан 63 и люк-лаз 64.

Теплогенератор работает следующим образом.

Топочные газы поступают через патрубок 10 в приемную камеру 9 (камеру горения) и отсасываются дымососом 45 через камеры смешения 11 и патрубок 21. Нагреваемый продукт, например вода, поступающая в теплообменник 12 через патрубок 14 и выдаваемая потребителю через патрубок 33 в виде перегретого пара, или горячей воды, а также техническая жидкость (вода, водные растворы и др.) поступает под давлением из нагнетателя 1 в струйный аппарат 6. Пройдя сопла 8, жидкость за счет снижения давления приобретает большую скорость в виде компактных струй, направленных в камеры 11. Топочные газы под воздействием разрежения, создаваемого дымососом, устремляются в камеры 11. Не смешиваясь с жидкостью, газ охлаждается, отдавая тепло пароперегревателю 32, парогенератору 31, перегревателю жидкости 30 и частично подогревателю 13 через стенки камер (радиационный и поверхностный теплообмен), а также на испарение жидкости с поверхностей цельных струй. Затем струи распадаются. Капли жидкости заполняют все сечение камер, вовлекая в поток парогазовую смесь. Все пространство заполняется однородным газожидкостным потоком. Здесь уже идет комбинированный "контактно-поверхностный" теплообмен. Контактный между газом и жидкостью с подогревом последней до температуры, близкой к кипению, конденсация паров и осаждение в жидкости твердых частиц (зола, сажа). И одновременно поверхностный теплообмен между газожидкостным потоком и нижними более холодными слоями продукта в подогревателе 13. Поток охлаждается до первоначальной температуры жидкости. В отстойнике 15 происходит гравитационное разделение газожидкостной смеси. Тяжелые частицы выпадают в осадок, легкие, в том числе и пузырьки газа, всплывают. Разрежение, создаваемое дымососом, а также малая скорость перемещения смеси к нагнетателю способствуют выделению растворенных в жидкости газов (CO₂, N и др.). Охлажденный и очищенный от вредных примесей и запахов газ дымососом 45 через дымовую трубу (на чертеже не показана) удаляется в атмосферу. Охлажденная и отстоенная жидкость через фильтр 17, где задерживаются твердые частицы, и патрубок 16 возвращается в нагнетатель 1. Слив жидкости через патрубок 18, подпитка через патрубок 19 с регулятором уровня 49. При понижении уровня поплавок 51 опускается, открывая клапан 50, происходит подпитка, а при повышении уровня жидкость переливается в трубку 53. Высота столба жидкости в трубке достаточна для преодоления разрежения, создаваемого дымососом, и сопротивления клапана 54.Подсос воздуха через клапан исключается.

При нагревании и выдачи воды и др. жидкостей парогенератор и пароперегреватель отсутствуют. А при нагревании газов весь теплообменник работает как один подогреватель.

Часть пара или полностью может быть направлена через патрубок 39 в паровое сопло 38 пароструйного аппарата 37. Повышение давления и температуры воды в аппарате за счет кинетической энергии струи пара и его полной конденсации достаточно для работы в системах отопления и горячего водоснабжения. Здесь пароструйный аппарат 37 выполняет функции сетевого насоса и бойлера одновременно. Поступление воды в аппарат из системы через патрубок 40, выдача в систему через патрубок 41. Снижение давления в системе и удаление избытка конденсата через дроссельный клапан 42. Конденсат пригоден для повторного возврата в теплообменник. Возможны и другие способы подключения и работы пароструйного аппарата. Например, патрубок выхода жидкости 44 может быть подключен непосредственно к патрубку входа продукта 14. Здесь часть остывшей воды из системы через клапан 42 направляется в теплообменник для получения пара, другая, значительно большая, через патрубок 40 в пароструйный аппарат. Такой способ пригоден для работы в системах местного отопления с небольшим перепадом давлений (3 - 4 м. ст. жидкости). Регулировка и поддержание давления в теплообменнике клапаном 42.

Выдача технической жидкости-теплоносителя потребителю через патрубок 5, без возврата (душевые, мойки), или с возвратом (бойлерные и др.) остывшей в струйный аппарат 6 через патрубок 7. Дроссельный клапан 57 частично или полностью закрывается, обеспечивая необходимый перепад давлений для циркуляции жидкости. Откачивание жидкости из отстойника 15 нагнетателем 1 через патрубок 5. Например, на регенерацию жидкости или при замене фильтров 17, 56 и чистке отстойника через люк-лаз 64. Заполнение отстойника через патрубок 19. Контроль уровня жидкости в отстойнике и теплообменнике по указателям уровня 60. Контроль давления в теплообменнике по манометру 61. Периодическая продувка теплообменника через патрубок 62. Предохранительный клапан 63 предотвращает аварии от превышения давления в теплообменнике. Режим работы устройства регулируется дроссельным клапаном 57 и заслонкой 46.

Техническая жидкость в устройстве выполняет четыре основные функции: улавливание пыли, снижение температуры уходящих газов и конденсация паров, а также может использоваться как теплоноситель.

Рабочая температура и удлинение камер 11 больше, чем корпуса 24. Компенсатор 25 предотвращает их от повреждений (искривление камер, разрыв корпуса и др. ). Очевидно закрепление камер в отверстиях днищ 26 при изготовлении теплообменника необходимо только после предварительного сжатия корпуса с компенсатором, например под прессом.

Увеличение числа камер смешения приводит к возрастанию площади нагрева на единицу массы и объема устройства. Высокая скорость и турбулентность потока обеспечиваются тягой дымососа 45, улучшается теплообмен в камерах. Размещение всех нагревателей в одном корпусе снижает металлоемкость теплообменника и его поверхность теплопотерь в окружающую среду, а также затраты на изготовление, обслуживание, ремонт. Компоновка и разборная конструкция позволяют сократить сроки на замену узлов и деталей при ремонте. Возможна полная унификация.

Непосредственный контакт парогазовой смеси с технической жидкостью предотвращает выброс пара в атмосферу. Пар конденсируется в жидкости и возвращает тепло с последующей передачей нагреваемому продукту. Контактный теплообмен между газом и жидкостью происходит практически мгновенно, а поверхностный между газожидкостным потоком и продуктом в подогревателе 13 возрастает в несколько раз за счет увеличения коэффициента теплопередачи в несколько десятков раз. Сложный теплообмен "газ - жидкость - жидкость" с конденсацией пара способствует более полному охлаждению в осушке уходящих газов, повышая эффективность устройства. Так, например, при сжигании природного газа и считая по низшей теплоте сгорания КПД теплогенератора может достигать 100%.

Теплогенератор предназначен для нагрева жидкостей, газов и получения пара в энергетике. Техническая жидкость из нагнетателя 1 и топочные газы из горелки 22 направляются в струйный аппарат 6. В камерах смешения происходит контактный теплообмен между жидкостью и газом, осаждение в жидкости твердых частиц, конденсация пара и контактно-поверхностный между газом и нагреваемым продуктом. В отстойнике 15 происходит гравитационное разделение газожидкостной смеси, газ выделяется и дымососом 45 направляется в атмосферу, а отстоянная жидкость - в нагнетатель 1. Пароструйный аппарат 37 выполняет функции сетевого насоса и бойлера для систем отопления и горячего водоснабжения. Размещение всех нагревателей в одном корпусе снижает металлоемкость теплогенератора, а увеличение числа камер смешения приводит к возрастанию площади нагрева на единицу массы и объема устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Теплогенератор, содержащий нагнетатель, напорный и всасывающий патрубки которого соединены трубопроводом циркуляции технической жидкости, снабженным расходным патрубком, струйный аппарат, размещенный в трубопроводе и включающий патрубок подвода жидкости, подключенный к напорному патрубку, сопло, приемную камеру с газовым патрубком и камеру смешения, теплообменник нагреваемого продукта с подогревателем продукта, включающий корпус с патрубком подачи продукта и размещенный на камере смешения, отстойник газожидкостной смеси с патрубком удаления жидкости, подключенным к всасывающему патрубку, размещенный в трубопроводе и включающий фильтр технической жидкости, дренажный патрубок, патрубок подпитки жидкости и газовую камеру, а также содержащий топку, включающую камеру горения и горелку с патрубком отвода газа, подключенным к газовому патрубку, перегреватель продукта жидкости, парогенератор и пароперегреватель с патрубком выдачи перегретого пара, отличающийся тем, что упомянутый корпус теплообменника размещен вертикально, снабжен теплоизоляцией, тепловым компенсатором, например, линзовым, а его днища выполнены с отверстиями в виде верхнего и нижнего фланцев, нижний фланец скреплен, например, болтами с гайками с отстойником посредством дополнительно установленного на нем фланцевого патрубка, камера смешения выполнена в виде нескольких труб, закрепленных в упомянутых отверстиях фланцевых днищ корпуса, упомянутые перегреватель продукта жидкости, парогенератор и пароперегреватель с патрубком выдачи перегретого пара размещены в корпусе теплообменника, бачок с патрубком подвода технической жидкости включает фланцевое днище с отверстиями, закрепленное на верхнем фланцевом днище корпуса, например, шпильками с гайками, с образованием упомянутой приемной камеры струйного аппарата с газовым патрубком, а сопла струйного аппарата закреплены соосно камерам смешения в отверстиях днищ бачка, например, на резьбе. 2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен пароструйным аппаратом, содержащим паровое сопло с патрубком подвода пара, подключенным к патрубку выдачи перегретого пара, патрубком подвода и патрубком выдачи жидкости (воды), и содержащим дроссельный клапан с патрубком входа жидкости, подключенным к патрубку подвода жидкости, и патрубок выхода жидкости. 3. Теплогенератор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен нагнетателем газа (дымососом) с газовой заслонкой, включающим всасывающий газовый патрубок, подключенный к патрубку удаления газа, и напорный газовый патрубок. 4. Теплогенератор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он снабжен регулятором уровня жидкости, содержащим клапан с поплавком, закрепленным в отстойнике к патрубку подпитки, и переливную трубку, закрепленную выше уровня жидкости в отстойнике, внешний конец которой опущен ниже уровня жидкости и содержит обратный клапан, а внутренний - защитную сетку. 5. Теплогенератор по пп.1 - 4, отличающийся тем, что он снабжен дроссельным клапаном, размещенным на участке трубопровода циркуляции между расходным патрубком и патрубком подвода технической жидкости, включающим патрубок входа жидкости, подключенный к напорному патрубку, и патрубок выхода жидкости, подключенный к патрубку подвода жидкости.