РЕЦИРКУЛЯТОР НЕКОНДЕНСИРОВАННОГО ПАРА Российский патент 2005 года по МПК F24D1/02 

Изобретение относится к теплотехнике, конкретно к устройствам систем парового теплоснабжения с использованием энергии пара.

Известна система парового теплоснабжения, содержащая соединенный с источником пара циркуляционный насос, эжектор и конденсатный бак (см. патент РФ №2016354, 1994). Для систем данного типа характерны значительные потери тепловой энергии, уносимой большим количеством пролетного пара.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система парового теплоснабжения, включающая источник пара, теплообменник, конденсатный бак, инжекторный (струйный) насос и сепаратор пара в виде циклона, соединенные между собой паровыми и конденсатными трубами (см. патент РФ №2124677, 1998 - прототип). В указанной системе пароконденсатная смесь, откачиваемая насосом из теплообменника, проходит через сепаратор. Здесь от смеси отделяют неконденсированный пар, который при помощи насоса пропускают (рециркулируют) через теплообменник, а конденсат просто отводят.

Испытания данной системы на двух предприятиях г. Екатеринбурга показали, что она слишком инерционна и требует значительного времени для выхода теплообменника на рабочий режим. Указанный недостаток является принципиальным для технологических процессов, в которых требуется быстро менять режимы теплообмена (например, в кондитерском производстве и т.п.).

Технической задачей является расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения регулирования режимов теплообмена.

Технический результат достигается тем, что рециркулятор неконденсированного пара, включающий соединенный с сепаратором пара инжектор, имеющий патрубки для соединения с источником пара и с входом теплообменника, выход которого соединен с входом сепаратора, выполнен в виде агрегата, корпус которого содержит инжекторный и сепараторный отсеки, разделенные водонепроницаемой мембраной, имеющей сквозной канал для пароконденсатной смеси, снабженный затвором, причем инжекторный отсек содержит смесительную камеру с патрубком для соединения с теплообменником, рабочую камеру для пара и инжекторную камеру, сообщенную с сепараторным отсеком через мембрану, а со смесителем - через дроссельный клапан, выполненный в виде паровой форсунки, сопло которой сообщено со смесительной камерой, а вход сообщен с рабочей камерой, при этом форсунка установлена подвижно относительно корпуса и снабжена приводом.

Рециркулятор характеризуется тем, что привод форсунки выполнен в виде винтового механизма, снабженного маховиком.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны следующие виды: фиг.1 - продольное сечение устройства, фиг.2 - вид А-А по фиг.1, фиг.3 - схема соединения с источником пара и теплообменником.

В примере конкретного исполнения корпус рециркулятора содержит инжекторный 1 и сепараторный 2 отсеки, разделенные мембраной 3. В мембране имеется сквозной канал в виде щели, в которой установлен затвор 4, выполненный в виде цилиндра 5 с прорезью "а", снабженного рукояткой 6. Инжекторный отсек содержит смесительную камеру (смеситель) 7 с патрубком (диффузором) 8, рабочую камеру 9 и инжекторную камеру 10. Камеры 9, 10 разделяет перегородка 11. В отверстии перегородки подвижно установлена форсунка 12, всасывающая часть которой размещена в камере 9, а конусное сопло выходит в смеситель 7. Диаметр основания сопла равен внутреннему диаметру смесителя и играет роль клапана с механизмом перемещения, состоящего из винтовой пары 13 и маховика 14. Патрубок 15 соединяет отсек 2 с выходом теплообменника 16, патрубок 17 служит для слива конденсата, патрубок 18 предназначен для забора контрольных проб пароконденсатной смеси. Трубопровод 19 соединяет рециркулятор с источником пара (котлом). Трубопроводы 20, 21 соединяют рециркулятор с входом и выходом теплообменника соответственно.

Теплообменник выводят на рабочий режим следующим образом. Как показывают замеры, сразу после подачи пара в холодном теплообменнике образуется смесь с большим количеством конденсата и малым содержанием неконденсированного пара. При использовании обычного сепаратора требуется значительное время для прогрева теплообменника паром из источника, поскольку через глухую мембрану сепаратора поступает мизерный объем неконденсированного пара, а огромное количество горячего конденсата безвозвратно отводится в бак. При запуске с предлагаемым рециркулятором используют тепловую энергию конденсата, количество которой значительно превышает энергию неконденсированного пара. Для быстрого прогрева теплообменника открывают в мембране 3 канал для пароконденсатной смеси. Для этого поворачивают рукоять 6 в положение, показанное на фиг.2, открывая затвор 4, а маховик 14 выкручивают до упора, перемещая форсунку 12 влево. При этом сопло форсунки открывает вход в смеситель 7.

При подаче пара из котла в камеру 9 форсунка 12 работает как струйный насос и нагнетает пар через камеру 7 и диффузор 8 в теплообменник 16. При этом в сепаратор 2 из теплообменника по трубопроводу 21 засасывается за счет струйного эффекта смесь пара с большим количеством горячей конденсатной взвеси. Эта смесь проходит через канал в мембране, который открыт благодаря прорези "а" в затворе 4, в камеру 10 и всасывается через зазор между соплом форсунки и стенкой камеры 7. Здесь пароконденсатная смесь смешивается с паром, который под давлением проходит из камеры 9 через форсунку в смеситель. Энергии пара из источника оказывается достаточно, чтобы горячая конденсатная взвесь вскипела повторно. При этом образуется большое количество пара, который поступает в теплообменник и быстро нагревает его. Измерения показывают, что по мере прогрева доля конденсата в смеси внутри теплообменника падает, а доля неконденсированного пара растет. Момент, когда теплом конденсата можно пренебречь, считают выходом теплообменника на рабочий режим. Если замер пробы, взятой из штуцера 18, подтверждает выход на рабочий режим, рукоятку 6 поворачивают на 90°. При этом прорезь "а" устанавливается горизонтально, а поверхность цилиндра 5 перекрывает канал в мембране 3. Начиная с этого момента мембрана пропускает в инжекторную камеру 10 из сепаратора 2 только неконденсированный пар. Сепарированный пар всасывается в смеситель, где смешивается с паром из камеры 9 и возвращается (рециркулирует) в теплообменник. Конденсат стекает на дно сепаратора 2 и отводится. Расход пара из источника при этом существенно снижается, поскольку значительная часть тепла, необходимого для поддержания теплового режима теплообменника, обеспечивается за счет энергии рециркулированного пара. Подачу пара из источника осуществляют известным способом, например, при помощи вентиля на трубопроводе 19.

Для обеспечения особых режимов, определяемых технологическими требованиями потребителя, прорезь "а" устанавливают под определенным углом к мембране, пропуская в инжекторную камеру некоторое количество конденсатной взвеси, которая затем смешивается с паром из источника и направляется в теплообменник. Контроль за работой устройства производят путем периодического забора через штуцер 18 пробы пароконденсатной смеси для определения ее процентного состава.

Согласно описанной выше схеме изготовлен экспериментальный образец рециркулятора и проведены его испытания, показавшие хорошие результаты.

Неочевидным в предлагаемом техническом решении является совмещение в одном устройстве функций регулятора расхода пара, регулятора параметров режима теплообменника и экономичного конденсатоотводчика. При этом рециркулятор обеспечивает быстрый выход теплообменника на рабочий режим. Кроме того, рециркулятор позволяет активно влиять на теплообмен, значительно повышая его эффективность, и, как минимум, вдвое сэкономить потребление пара. При этом стоимость устройства значительно ниже стоимости стандартного набора серийных аппаратов (струйного насоса, сепаратора, конденсатоотводчика и др.), применяемых в аналогичных теплотехнических процессах.

Описанное выше техническое решение отвечает критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, в связи с чем предлагается к правовой защите патентом на изобретение.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах парового теплоснабжения с любыми поверхностными теплообменниками. Корпус рециркулятора состоит из инжекторного и сепараторного отсеков, разделенных мембраной. Мембрана имеет щель с заслонкой. Инжекторный отсек содержит смеситель с диффузором, рабочую камеру с паровой форсункой и инжекторную камеру. При запуске, когда из теплообменника в сепаратор засасывается много конденсата, заслонку открывают, чтобы пропустить в инжекторную камеру пароконденсатную смесь, которая через смеситель возвращается в теплообменник и быстро его нагревает. После прогрева заслонку закрывают. Неконденсированный пар сепарируется от конденсата мембраной, засасывается в смеситель, смешивается с паром из рабочей камеры и возвращается в теплообменник. Конденсат задерживается мембраной, стекает на дно сепаратора и отводится через патрубок. Расход пара на поддержание температуры в теплообменнике при этом уменьшается, как минимум, вдвое.1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Рециркулятор неконденсированного пара, включающий соединенный с сепаратором пара инжектор, имеющий патрубки для соединения с источником пара и с входом теплообменника, выход которого соединен с входом сепаратора, отличающийся тем, что выполнен в виде агрегата, корпус которого содержит инжекторный и сепараторный отсеки, разделенные водонепроницаемой мембраной, имеющей сквозной канал для пароконденсатной смеси, снабженный затвором, причем инжекторный отсек содержит смесительную камеру с патрубком для соединения с теплообменником, рабочую камеру для пара и инжекторную камеру, сообщенную с сепараторным отсеком через мембрану, а со смесителем - через дроссельный клапан, выполненный в виде паровой форсунки, сопло которой сообщено со смесительной камерой, а вход сообщен с рабочей камерой, при этом форсунка установлена подвижно относительно корпуса и снабжена приводом.2. Рециркулятор по п.1, отличающийся тем, что привод форсунки выполнен в виде винтового механизма, снабженного маховиком.