СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПАРОГЕНЕРАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F22B1/06 F22D1/12 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и криогенным системам и может быть использовано в парогенерирующих системах и устройствах.

Известен способ и устройство для повышения устойчивости системы, заключающийся в выборе места расположения гидравлического сопротивления по длине трубопровода парогенерирующего канала (см. параграф 16.10 в книге: Теплопередача в двухфазном потоке. Под ред. Д. Баттервороса и Г. Хьюитта: пер. с англ. - М: Энергия, 1980. - 328 с).

Недостаток способа и устройства в том, что он трудоемок для осуществления, т.к. необходимо провести значительное количество экспериментальных работ по определению места постановки гидравлического сопротивления для обеспечения устойчивости системы, а также в том, что не всегда можно добиться устойчивости течения теплоносителя без дополнительных мероприятий, например, дополнительного увеличения гидравлического сопротивления на входе в парогенерирующий канал.

Известен способ и устройство для повышения устойчивости системы заключающийся в локализации процесса испарения жидкого продукта между двумя гидравлическими сопротивлениями (см. стр. 39, рис. 1.1., Устойчивость кипящих аппаратов. И.И. Морозов, В.А. Герлига. Атомиздат. 1969. - 280 с.).

Недостаток способа и устройства в том, что не всегда возможно обеспечение устойчивости системы без значительного увеличения гидравлического сопротивления на входе в парогенерирующий канал, что требует дополнительной мощности на прокачку рабочего продукта через этот канал.

Известен способ (см. авторское свидетельство №300708, МПК F22d 1/12) работы экономайзера парового котла со скользящими параметрами нагреваемой среды, в котором на всех режимах поддерживается постоянное давление подогреваемой среды на всем диапазоне производительности котла при помощи установленного за экономайзером регулирующего клапана.

Недостатком способа является то, что из-за низкой теплопроводности и увеличивающегося по толщине от входа к выходу пограничного слоя, состоящего из пара и газовой фазы подогреваемой среды, на экономайзерном участке низка эффективность подогрева жидкой фазы, а также велика вероятность возникновения стержневого режима течения, когда жидкая фаза достигает выхода из теплообменного аппарата, что снижает устойчивость процесса газификации.

Задачами изобретения являются повышение эффективности работы и устойчивости течения теплоносителя в парогенерирующих каналах.

Указанные задачи в способе повышения эффективности работы и устойчивости течения теплоносителя заключающимся в том, что рабочее тело прокачивают по внутренней полости каналов теплообменника, а теплоту подводят на наружную стенку каналов решаются тем, что по длине экономайзерного участка откачивают из пограничного слоя паровую и газовую фазы рабочего тела и направляют их в выходную магистраль, расположенную за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника, а также тем, что по длине экономайзерного участка теплообменника увеличивают производительность откачки из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела от входа к выходу и тем, что производительность откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя на экономайзерном участке теплообменника изменяют в зависимости от тепловой нагрузки, при этом измеряют температуру стенки со стороны нагревающей среды на экономайзерном участке теплообменника, в зависимости от которой изменяют производительность откачки пограничного слоя.

Указанные задачи в устройстве для повышения эффективности работы и устойчивости течения теплоносителя в парогенераторе содержащего теплообменник с входным и выходным гидравлическими сопротивлениями решаются тем, что экономайзерный участок каналов теплообменника снабжен отверстиями для отвода из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела, которые соединены с входом в насос, а его выход соединен с выходной магистралью за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника, а также тем, что размеры отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу, кроме этого по длине экономайзерного участка в направлении перпендикулярном движению рабочего тела по внутреннему контуру канала теплообменника расположены присоединенные объемы для сбора паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя, при этом отверстия для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела расположены в присоединенных объемах, тем, что размеры присоединенных объемов и отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу, тем, что на наружной стороне стенки экономайзерного участка канала теплообменника установлен датчик температуры, соединенный через контроллер с блоком управления насосом откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя экономайзерного участка теплообменника, тем, что между отверстиями отбора паровой и газовой фаз из пограничного слоя на экономайзерном участке и входом в насос установлен хотя бы один регулируемый дроссель, соединенный с блоком управления, и тем, что в качестве насоса применяют эжекторный насос.

В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в промышленности, в частности в энергетическом машиностроении и криогенных системах и может быть использовано в парогенерирующих системах и устройствах, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение поясняется следующим схемами.

На фиг. 1 представлена схема устройства для повышения эффективности и устойчивости течения рабочего тела в парогенерирующих каналах с отверстиями в стенках на экономайзерном участке соединенные с входом в насос по п. 4 или п. 5 формулы.

На фиг. 2 представлена схема устройства для повышения эффективности и устойчивости течения рабочего тела в парогенерирующих каналах с дополнительными на экономайзерном участке присоединенными объемами, в которых расположены отверстия, соединенные с входом в насос по п. 6 или п. 7 формулы.

На фиг. 3 представлена схема устройства для повышения эффективности и устойчивости течения рабочего тела в парогенерирующих каналах с дополнительным датчиком температуры соединенным через контроллер с блоком управления насосом по п. 8 формулы.

На фиг. 4 представлена схема устройства для повышения эффективности и устойчивости течения рабочего тела в парогенерирующих каналах с дополнительными регулируемыми дросселями между отверстиями и входом в насос по п. 9 формулы.

Устройство по п. 4 или п. 5 формулы (фиг. 1) содержит парогенерирующий канал 1 теплообменника с входным 2 и выходным 3 гидравлическими сопротивлениями. На входном участке от гидравлического сопротивления 2 расположен экономайзерный участок 4 с жидкой фазой рабочего продукта, при этом у стенки экономайзерного участка 4 находится приграничный слой 5 из паровой и газовой фаз рабочего продукта. Экономайзерный участок 4 заканчивается переходной зоной 6, где вся жидкая фаза рабочего тела переходит в паровое и газовое состояние. В стенках парогенерирующего канала 1 на экономайзерном участке 4 расположены отверстия 7 и 8, соединенные с входом в насос 9, выход которого соединен с выходной магистралью 10 за выходным гидравлическим сопротивлением 2 канала 1 теплообменника. При этом размеры отверстий 7 и 8 для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка 4 увеличиваются по ее длине от входа к выходу, т.е. отверстие 8 больше отверстия 7.

Устройство по п. 6 и п. 7 (фиг. 2) дополнительно по длине экономайзерного участка 4 в направлении перпендикулярном движению рабочего тела по внутреннему контуру канала 1 теплообменника содержит присоединенные объемы 11 и 12 для сбора паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя 5, при этом отверстия 7 и 8 для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела расположены в присоединенных объемах 11 и 12 соответственно, кроме этого размеры присоединенных объемов 11 и 12 и отверстий 7 и 8 для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка 4 увеличиваются по ее длине от входа к выходу, т.е. присоединенный объем 12 больше присоединенного объема 11.

Устройство по п. 8 (фиг. 3) дополнительно на наружной стороне стенки экономайзерного участка канала 1 теплообменника содержит датчик температуры 13, соединенный через контроллер 14 с блоком управления 15 насосом 9 откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя 5 экономайзерного участка 4 теплообменника.

В устройстве по п. 9 (фиг. 4) дополнительно между отверстиями 7 и 8 отбора паровой и газовой фаз из пограничного слоя 5 на экономайзерном участке 4 и входом в насос 9 установлен хотя бы один регулируемый дроссель 16 и 17, соединенный с блоком управления 15.

Способ по п. 1 осуществляют следующим образом. Рабочее тело прокачивают по внутренней полости каналов 1 теплообменника, а теплоту подводят на наружную стенку каналов 1, при этом дополнительно по длине экономайзерного участка 4 откачивают из пограничного слоя 5 паровую и газовую фазы рабочего тела и направляют их в выходную магистраль 10, расположенную за выходным гидравлическим сопротивлением 3 канала 1 теплообменника.

Способ по п. 2 осуществляют следующим образом. По длине экономайзерного участка 4 теплообменника увеличивают производительность откачки из пограничного слоя 5 паровой и газовой фаз рабочего тела от входа к выходу.

Способ по п. 3 осуществляют следующим образом. Изменяют производительность откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя 5 на экономайзерном участке 4 теплообменника в зависимости от тепловой нагрузки, при этом измеряют температуру стенки датчиком 13 со стороны нагревающей среды на экономайзерном участке 4 теплообменника, в зависимости от которой изменяют производительность откачки насосом 9 пограничного слоя 5.

Устройство по п. 4 или п. 5 формулы (фиг. 1) работает следующим образом. На вход парогенерирующего канала 1 теплообменника через входное гидравлическое сопротивление 2 подают жидкую фазу рабочего тела, а на наружную поверхность канала 1 подводят теплоту. На входном участке от гидравлического сопротивления 2 расположен экономайзерный участок 4 с жидкой фазой рабочего продукта, при этом у стенки экономайзерного участка 4 находится пограничный слой 5 из паровой и газовой фаз рабочего продукта. Экономайзерный участок 4 заканчивается переходной зоной 6, где вся жидкая фаза рабочего тела переходит в паровое и газовое состояние. Через отверстия 7 и 8 в стенках парогенерирующего канала 1 на экономайзерном участке 4 паровая и газовые фазы рабочего продукта из пограничного слоя 5 попадают на вход в насос 9, из которого они поступают в выходную магистраль 10 за выходным гидравлическим сопротивлением 2 канала 1 теплообменника. По длине экономайзерного участка толщина пограничного слоя 5 возрастает. Для уменьшения его толщины размеры отверстий 7 и 8 для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка 4 увеличиваются по ее длине от входа к выходу, т.е. отверстие 8 больше отверстия 7.

Устройство по п. 6 и п. 7 (фиг. 2) работает следующим образом. Для сбора паровой и газовой фаз рабочего продукта из пограничного слоя 5 по длине экономайзерного участка 4 в направлении перпендикулярном движению рабочего тела по внутреннему контуру канала 1 теплообменника установлены присоединенные объемы 11 и 12, откуда через отверстия 7 и 8 паровая и газовая фазы рабочего тела направляют на вход в насос 9. Для увеличения отбора паровой и газовой фаз рабочего продукта из пограничного слоя 5 и уменьшения его толщины по длине экономайзерного участка 4 размеры присоединенных объемов 11 и 12 и отверстий 7 и 8 для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка 4 увеличиваются по ее длине от входа к выходу, т.е. присоединенный объем 12 больше присоединенного объема 11.

Устройство по п. 8 (фиг. 3) работает следующим образом. Во время работы датчик температуры 13 на наружной стороне стенки экономайзерного участка 4 канала 1 теплообменника измеряет ее температуру, при этом сигнал с датчика поступает в контроллер 14, где математически определяют параметры управления, которые передаются в блок управления 15, который, в свою очередь, выдает команду на управление насосом 9 откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя 5 экономайзерного участка 4 теплообменника. При увеличении температуры стенки экономайзерного участка 4 производительность откачки паровой и газовой фаз из пограничного слоя 5 возрастает, а при снижении температуры стенки уменьшается. Изменение температуры стенки с наружной стороны парогенерирующего канала 1 показывает на изменение подводимого теплового потока и на изменении толщины пограничного слоя 5 на экономайзерном участке 4.

Устройство по п. 9 (фиг. 4) работает следующим образом. Для плавного регулирования и поддержания стабильной толщины пограничного слоя 5 на экономайзерном участке 4 при изменении наружной тепловой нагрузки между отверстиями 7 и 8 отбора паровой и газовой фаз из пограничного слоя 5 на экономайзерном участке 4 и входом в насос 9 установлен хотя бы один регулируемый дроссель 16 и 17, соединенный с блоком управления 15. Управление дросселями 16 и 17 осуществляют от блока управления 15 при изменении температуры стенки с наружной стороны экономайзерного участка 4, при этом управление синхронное с управлением насосом 9 при плавных изменениях тепловой нагрузки и асинхронное при резком изменении тепловой нагрузки.

Устройство по п. 10 работает следующим образом. В качестве насоса применен эжекторный насос 9, который управляется с помощью изменения скорости движения газообразного рабочего тела, используемого в качестве активной среды, при этом изменяют расход рабочей среды и перепад давления на активном сопле насоса.

Таким образом, изобретением усовершенствованы способ и устройство для повышения эффективности парогенератора и устойчивости течения в нем рабочего тела, в которых изменены и оптимизированы процессы нагрева жидкой фазы на экономайзерном участке канала парогенератора и конструкционные характеристики системы парогенерации и парогенерирующего канала на экономайзерном участке.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и криогенным системам и может быть использовано в парогенерирующих системах и устройствах. Задачами изобретения являются повышение эффективности работы и устойчивости течения теплоносителя в парогенерирующих каналах. Указанные задачи в способе повышения эффективности работы и устойчивости течения теплоносителя, заключающемся в том, что рабочее тело прокачивают по внутренней полости каналов теплообменника, а теплоту подводят на наружную стенку каналов, решаются тем, что по длине экономайзерного участка откачивают из пограничного слоя паровую и газовую фазы рабочего тела и направляют их в выходную магистраль, расположенную за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника, а также тем, что по длине экономайзерного участка теплообменника увеличивают производительность откачки из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела от входа к выходу и тем, что производительность откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя на экономайзерном участке теплообменника изменяют в зависимости от тепловой нагрузки, при этом измеряют температуру стенки со стороны нагревающей среды на экономайзерном участке теплообменника, в зависимости от которой изменяют производительность откачки пограничного слоя. Указанные задачи в устройстве для повышения эффективности работы и устойчивости течения теплоносителя в парогенераторе, содержащем теплообменник с входным и выходным гидравлическими сопротивлениями, решаются тем, что экономайзерный участок каналов теплообменника снабжен отверстиями для отвода из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела, которые соединены с входом в насос, а его выход соединен с выходной магистралью за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника, а также тем, что размеры отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу, кроме этого по длине экономайзерного участка в направлении, перпендикулярном движению рабочего тела, по внутреннему контуру канала теплообменника расположены присоединенные объемы для сбора паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя, при этом отверстия для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела расположены в присоединенных объемах, тем, что размеры присоединенных объемов и отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу, тем, что на наружной стороне стенки экономайзерного участка канала теплообменника установлен датчик температуры, соединенный через контроллер с блоком управления насосом откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя экономайзерного участка теплообменника, тем, что между отверстиями отбора паровой и газовой фаз из пограничного слоя на экономайзерном участке и входом в насос установлен хотя бы один регулируемый дроссель, соединенный с блоком управления, и тем, что в качестве насоса применяют эжекторный насос. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ повышения эффективности работы парогенератора, заключающийся в том, что рабочее тело прокачивают по внутренней полости каналов теплообменника, а теплоту подводят на наружную стенку каналов, отличающийся тем, что по длине экономайзерного участка откачивают из пограничного слоя паровую и газовую фазы рабочего тела и направляют их в выходную магистраль, расположенную за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по длине экономайзерного участка теплообменника увеличивают производительность откачки из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела от входа к выходу.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что производительность откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя на экономайзерном участке теплообменника изменяют в зависимости от тепловой нагрузки, при этом измеряют температуру стенки со стороны нагревающей среды на экономайзерном участке теплообменника, в зависимости от которой изменяют производительность откачки пограничного слоя.

4. Устройство повышения эффективности работы парогенератора, содержащее теплообменник с входным и выходным гидравлическими сопротивлениями, отличающееся тем, что экономайзерный участок каналов теплообменника снабжен отверстиями для отвода из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела, которые соединены с входом в насос, а его выход соединен с выходной магистралью за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что размеры отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу.

6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что по длине экономайзерного участка в направлении, перпендикулярном движению рабочего тела, по внутреннему контуру канала теплообменника расположены присоединенные объемы для сбора паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя, при этом отверстия для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела расположены в присоединенных объемах.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что размеры присоединенных объемов и отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу.

8. Устройство по пп. 4, 5, 6 или 7, отличающееся тем, что на наружной стороне стенки экономайзерного участка канала теплообменника установлен датчик температуры, соединенный через контроллер с блоком управления насосом откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя экономайзерного участка теплообменника.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что между отверстиями отбора паровой и газовой фаз из пограничного слоя на экономайзерном участке и входом в насос установлен хотя бы один регулируемый дроссель, соединенный с блоком управления.

10. Устройство по пп. 4, 5, 6, 7 или 8, отличающееся тем, что в качестве насоса применяют эжекторный насос.