ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1999 года по МПК F28C3/06 

Изобретение относится к контактным теплообменным аппаратам и может быть использовано в теплоэнергетической промышленности.

Известен тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками подвода воды и пара, камеру смешения, паровое и жидкостное сопла [1].

Недостатком указанного технического решения является подача жидкости в камеру смешения сплошным потоком и ее диспергирование происходит за счет энергии пара, что влечет за собой снижение напора паровой фазы и эффективности работы аппарата в целом.

Ближайшим техническим решением является тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками подвода воды и пара, камеру смешения, паровое и жидкостное сопла, смещенных друг относительно друга вдоль потока с образованием камеры диспергирования [2].

Жидкостное сопло в указанном техническом решении смещено относительно парового сопла встречно направлению движения потока и между соплами образована камера диспергирования. В процессе работы аппарата жидкость поступает в камеру диспергирования и за счет собственной кинетической энергии, способствующей возникновению турбулизации в жидкости на выходе из сопла, в процессе ее движения к камере смешения происходит самораспад струи. В результате, в камеру смешения поступает диспергированный поток жидкости и обеспечивается более эффективное использование энергии пара.

Недостатком указанного технического решения является низкая степень диспергирования жидкости, обусловленная случайным характером соотношения параметров аппарата и струи жидкости.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение степени диспергирования жидкости и эффективности работы аппарата в целом.

Указанная цель достигается тем, что в известном тепломассообменном аппарате, содержащем корпус с патрубками подвода воды и пара, камеру смешения, паровое и жидкостное сопла, смещенных друг относительно друга вдоль потока с образованием камеры диспергирования, жидкостное сопло выполнено комбинированным в виде системы профилированных каналов, каждый из которых жестко связан со смежными, а величина смещения А каждого из них относительно парового сопла определяется как A = 3 - 8 d, где d - внутренний диаметр соответствующего канала. Кроме того, камера диспергирования может быть сообщена с патрубком подвода воды. В самой камере диспергирования может быть размещен отражатель, ориентированный поперек потока с перекрытием в проекции по крайней мере одного канала.

На чертеже схематично изображен описываемый тепломассообменный аппарат.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода воды и патрубком 3 подвода пара, камеру смешения 4, паровое сопло 5 и жидкостное сопло 6. Жидкостное сопло 6 смещено относительно парового сопла 5 встречно движению потока, и между соплами 5 и 6 и камерой смешения 4 образована камера диспергирования 7. Жидкостное сопло 6 выполнено комбинированным в виде системы профилированных каналов 8, каждый из которых жестко связан со смежными каналами, а величина смещения A каждого из каналов 8 относительно парового сопла 5 определяется как A = 3 - 8 d, где d - внутренний диаметр соответствующего канала 8. Кроме того, камера диспергирования 7 может быть сообщена с патрубком 2 подвода воды с помощью перфорации или щели 9, а в самой камере 7 может быть размещен отражатель 10, ориентированный поперек потока с перекрытием в проекции по крайней мере одного канала 8. Профилированные каналы 8 ориентированы преимущественно вдоль оси парового сопла 5 и могут быть выполнены с разными внутренними диаметрами d, соответственно и величина смещения A каждого из них будет своя. В случае одинакового диаметра у всех каналов 8, их величина смещения A одинакова и все они располагаются в одной плоскости. Все каналы 8 распределены в сечении поперек жидкостного потока, жестко связаны между собой в единую систему и образуют в своей совокупности жидкостное сопло 6. Само жидкостное сопло 6 может быть размещено как внутри парового сопла 5, так и охватывать его. Перфорация или щель 9 камеры диспергирования 7 может быть ориентирована как вдоль потока в камере 7, так и поперек его. Ориентация щели 9 и количество щелей или перфораций в каждом конкретном случае определяется из условий работы аппарата и начальных параметров рабочих сред. Отражатель 10 может быть как плоской, так и криволинейной формы, и может перекрывать в проекции один или группу каналов 8. Отражатель 10 может быть выполнен составным с перекрытием в проекции всех каналов 8.

При включении аппарата в работу, пар через патрубок 3 подается в паровое сопло 6, на выходе из сопла входит в контакт с водой, смешивается с ней в камере смешения 4, конденсируется, и образованная смесь выводится по технологическому назначению. Нагреваемая вода через патрубок 2 подводится к жидкостному соплу 6. В сопле вода распределяется по каналам 8 и выходит из них в виде автономных струй в камеру диспергирования 7. Под воздействием перепада давлений на воду, каждая из струй приобретает кинетическую энергию, которая частично расходуется на создание турбулизирующих вихрей в струе на выходе из канала, а частично - на ее движение. Возникшие вихри взаимодействуют с ядром струи и происходит постепенный ее самораспад на макрочастицы определенной степени дисперсности. Распад каждой из струй происходит в автономном режиме и степень их диспергирования определяется конкретными условиями рабочих параметров аппарата (температура рабочих сред, входные давления, геометрические характеристики аппарата, химсостав воды, выходные значения образованной смеси). Проведенные исследования и практический опыт работы позволили установить, что при использовании аппарата в реальных условиях, в широком диапазоне рабочих параметров значение характерной длины A, на которой завершается распад струй воды укладывается в соотношение A = 3 - 8 d, где d - внутренний диаметр соответствующего канала. В каждом конкретном случае использования аппарата, конкретное значение характерной длины А выбирается из указанного соотношения на основе имеющихся разработок и исследований. Несоответствие выбранной длины A с ее требуемым значением приводит к тому, что при меньшем значении длины A процесс диспергирования струи не успевает завершиться полностью. При большем значении выбранной длины A увеличивается составляющая кинетической энергии, необходимой на продвижение воды, а сама уже диспергированная струя может вновь сформироваться в сплошной поток воды.

В некоторых случаях кинетической энергии струи бывает недостаточно для ее полного самораспада, тогда используют ее принудительный распад с помощью отражателя 10 или внешней струей жидкости, истекающей в камеру диспергирования 7 из перфораций или щели 9. Выбор конфигурации отражателя 10, его месторасположения, а также конкретный вид перфораций, их количество и ориентация в каждом конкретном случае определяется из конкретных условий работы аппарата на основе имеющихся разработок и опыта эксплуатации.

Основным критерием является то, чтобы принятые меры обеспечивали необходимые гидродинамические условия в камере диспергирования для полного распада всех струй жидкости. Диспергированная жидкость на выходе из камеры 7 входит в контакт с паром, смешивается с ним в камере смешения 4, нагревается и выводится по технологическому назначению.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает контакт с паром жидкости с оптимальной степенью дробления, уменьшает потери энергии пара на совершение работы по распаду жидкости, повышает эффективность тепломассообменных процессов, работы аппарата в целом и его надежность в результате снижения вибрации и вредных шумов.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1245847, МПК F 28 C 3/06, 1984 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1038745, МПК F 28 C 3/08, 1981 г.

Изобретение предназначено для использования в теплоэнергетической промышленности, в частности в контактных теплообменных аппаратах. Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода воды и патрубком 3 подвода пара, камеру смешения 4, паровое сопло 5 и жидкостное сопло 6. Жидкостное сопло 6 смещено относительно парового сопла 5 вдоль движения потока и между соплами 5 и 6 и камерой смешения 4 образована камера диспергирования 7. Жидкостное сопло 6 выполнено комбинированным в виде системы профилированных каналов 8. Каждый из каналов 8 смещен относительно парового сопла 6 на характерную длину А, значение которой выбирается из соотношения А = 3 - 8 d, где d - внутренний диаметр соответствующего канала. Камера диспергирования 7 может быть сообщена с патрубком 2 и снабжена отражателем 10. Теплообменный аппарат обеспечивает подвод к пару предварительно диспергированной жидкости с оптимальной степенью диспергирования, исключает потери энергии пара на совершение работы по распаду жидкости, повышает эффективность тепломассообменных процессов и работы аппарата в целом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками подвода воды и пара, камеру смешения, паровое и жидкостное сопла, смещенные друг относительно друга вдоль потока с образованием камеры диспергирования, отличающийся тем, что жидкостное сопло выполнено комбинированным в виде системы профилированных каналов, каждый из которых жестко связан со смежными, а величина смещения А каждого из них относительно парового сопла определяется как А = 3 - 8 d , где d - внутренний диаметр соответствующего канала. 2. Тепломассообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что камера диспергирования сообщена с патрубком подвода воды. 3. Тепломассообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в камере диспергирования размещен отражатель, ориентированный поперек потока с перекрытием в проекции по крайней мере одного канала.