Установка для получения горячей воды и водяного пара Российский патент 2024 года по МПК F24H1/00 F22B1/26 F28D7/16 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании устройств для получения горячей воды разной температуры и разного расхода и водяного пара разной температуры и разного расхода.

Известен способ нагрева воды путем сжигания топлива и теплообмена холодной воды с горячими продуктами сгорания в аппаратах, включающий прямой контактный нагрев продуктами сгорания мелко распрыскиваемой воды в первом по ходу продуктов сгорания топлива аппарате, нагрев во втором аппарате холодной воды в трубчатом теплообменнике путем омывания его продуктами сгорания, насыщенными водяным паром в первом контактном аппарате и окончательное охлаждение продуктов сгорания путем их прямого взаимодействия с водой, подаваемой в форсунки, при этом окончательное охлаждение продуктов сгорания проводят в третьем аппарате после их охлаждения во втором аппарате, а воду в форсунки подают из общего конденсатосборника. (Патент РФ на изобретение №2148214).

Процесс подогрева воды осуществляется в три этапа. На первом этапе происходит сжигание газа и балластировка его водой, в результате чего образуются дымовые газы. На втором этапе дымовые газы обтекают трубчатку, через которую протекает нагреваемая вода. На третьем этапе происходит балластировка дымовых газов водой до температуры ~20°С и происходит их выброс в атмосферу.

Недостатками является значительная сложность конструкции теплообменного аппарата, включающая три ступени.

Известен способ преобразования энергии горения водорода в тепловую энергию воды водяного котла, включающий подачу водорода и кислорода, их смешивание с последующим сжиганием водорода, при этом давление водорода и кислорода на входе устройства устанавливается одновременным регулированием согласно требуемым пропорциям и давлению, после чего газы поступают в две герметичные изменяющегося объема несвязанные между собой камеры, где смешиваются, поочередно сжимаются, воспламеняются, а полученная в результате горения тепловая энергия в виде пара непрерывно поступает в воду котла.

Для реализации способа предложен регулятор, содержащий корпус, состоящий из двух подпружиненных частей, имеющий соосно расположенные каналы для водорода и кислорода, между которыми расположен маховик, имеющий возможность осевого вращения, отверстия которого в рабочем положении соосно расположены с газовыми каналами и имеют вытянутые отверстия, расстояние между сторонами которых изменяется в зависимости от угла поворота маховика.

Для реализации способа предложен преобразователь, включающий цилиндр, поршень, узлы искрового зажигания, отверстия с клапанами подачи газов, при этом цилиндр размещен внутри котла, полости которых связаны посредством клапанов, а Т-образный поршень имеет возможность свободного осевого передвижения, причем после отверстий подачи газов расположены камеры смешивания газов, состоящие из ряда Т-образных перфорированных пластин, отверстия которых выполнены в шахматном порядке, а устройства искрового зажигания прикреплены к перфорированным пластинам, которые являются ограничивающими для устройств смешивания.

Для реализации способа предложена горелка, включающая камеру сгорания, узел искрового зажигания, при этом подвод водорода и кислорода осуществляется под давлением, по фитилям, имеющим соответственно цилиндрическую и трубчатую формы, состоящие из термостойкой керамики, имеющей пористую с осевой проницаемостью структуру, которые расположены коаксиально и герметично изолированы термостойкой керамикой друг от друга и от внешней среды, причем в центральной термостойкой трубке после фитиля расположена камера предварительного воспламенения, содержащая узел искрового зажигания и отверстие, связывающее камеру с кислородным фитилем, а выше камеры предварительного воспламенения расположена камера сгорания, объем которой связан через клапаны с объемом котла (патент РФ на изобретение №2511795).

Недостатками являются значительная сложность конструкции и трудоемкость получения горячей воды.

Известен способ образования пара в парогазогенераторе, основанный на сжигании компонентов топлива, испарении воды и разогреве пара за счет полученной энергии, при этом сначала образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, в этой области сжигают компоненты топлива, а интенсивное испарение воды и разогрев пара осуществляют после свертывания вихреобразной водяной оболочки.

Для реализации указанного способа предложен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ на изобретение №2371594, Заявка: 2008105213/06, 11.02.2008).

Недостатками являются значительная сложность конструкции и трудоемкость получения пара.

Известен парогенератор, содержащий запальное устройство с электросвечой, смесительную головку с магистралями подвода окислителя, горючего и воды на завесное охлаждение, камеру сгорания с каналами тракта охлаждения и профилированной торцевой стенкой для направления балластировочной воды, камеры смешения с отверстиями для подачи балластировочной воды, при этом каналы тракта охлаждения камеры сгорания выполнены под острым углом к оси парогенератора, а отверстия для подачи балластировочной воды в зону смешения выполнены также под острым углом к оси парогенератора и направлены в противоположную сторону относительно каналов тракта охлаждения камеры сгорания (Патент РФ на изобретение №2544417).

Недостатком данного парогенератора является отсутствие возможности, в случае необходимости, получения одновременно горячей воды и водяного пара.

Известна установка для получения горячей воды и водяного пара с использованием водородного парогенератора, содержащая водородный парогенератор, состоящий из камеры сгорания и камеры смешения, с коллекторами для подачи воды на балластировку продуктов сгорания, агрегаты регулирования, подводные магистрали компонентов топлива и воды, при этом в проточной газовой части парогенератора выполнен теплообменник, в котором каналы для протока пара расположены по концентрическим окружностям и подводная магистраль воды которого соединена с клапаном-переключателем (патент РФ на изобретение №2744607, Заявка: 2020124974, 20.07.2020, МПК: F24H 1/00, F22B 1/26, F28D 7/16, СПК: F24H 1/00, F22B 1/26, F28D 7/16-прототип).

Установка работает следующим образом.

В соответствии с циклограммой работы установки в камеру сгорания поступают необходимые расходы компонентов топлива через входные магистрали и расходы воды на балластировку продуктов сгорания через входные магистрали в камеру смешения.

Вода из входной магистрали поступает в рубашку охлаждения камеры сгорания, на выходе из тракта охлаждения вода вместе с водой, поступившей в магистраль, смешивается с продуктами сгорания, образуя водяной пар.

Водяной пар, проходя по каналам теплообменника, нагревает воду в теплообменнике, поступившую через входную магистраль.

В результате регулирования соотношения компонентов топлива в камере сгорания, а также расхода воды на балластировку в камеру смешения и расхода воды в теплообменник клапанами-переключателями, могут быть получены расчетные значения водяного пара и горячей воды по температуре и расходу.

Недостатками являются сложность конструкции, невозможность одновременного получения горячей воды разной температуры и расхода и горячего пара разной температуры и расхода, в зависимости от потребностей и режима работы.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание установки для получения горячей воды и водяного пара, обеспечивающей одновременное получение горячей воды и горячего пара разной температуры и разного расхода.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной установке для получения горячей воды и водяного пара с использованием водородного парогенератора, содержащей водородный парогенератор, состоящий из камеры сгорания с регенеративным охлаждением и камеры смешения, с коллекторами подачи компонентов топлива и подачи воды на балластировку продуктов сгорания, агрегаты регулирования, подводящие магистрали компонентов топлива и воды, согласно изобретению, тракт охлаждения парогенератора выполнен с двумя коллекторами подачи воды в тракт охлаждения и двумя коллекторами отвода воды из тракта охлаждения, причем первый коллектор подачи воды в тракт охлаждения парогенератора расположен в начальной части камеры сгорания парогенератора, при этом первый коллектор отвода воды из тракта охлаждения расположен на цилиндрической части камеры сгорания по ходу движения продуктов сгорания между первым коллектором подачи воды в тракт охлаждения, и вторым коллектором подачи воды в тракт охлаждения, при этом первый коллектор отвода воды из тракта охлаждения соединен с возможностью отключения с коллектором подачи воды на балластировку продуктов сгорания, расположенным на камере сгорания парогенератора, при этом второй коллектор отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположен в минимальном сечении камеры сгорания парогенератора.

В варианте исполнения, полость тракта второго коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора связана каналами с полостью камеры смешения.

В варианте исполнения, полость первого коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположена над полостью второго коллектора подачи воды в тракт охлаждения парогенератора.

В варианте исполнения, полость первого коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора выполнена смежной с полостью второго коллектора подачи воды в тракт охлаждения парогенератора, при этом в перемычке между коллекторами выполнены каналы для подачи воды из тракта охлаждения для балластировки продуктов сгорания.

В варианте исполнения, полость тракта регенеративного охлаждения камеры сгорания соединена с полостью камеры смешения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, показанной на фиг.1, где схематично показана предложенная установка и магистрали подвода холодной воды и отвода горячей воды, на фиг.2 показан узел совмещенных коллекторов отвода горячей воды и подвода холодной воды.

Установка для получения горячей воды и водяного пара содержит водородный парогенератор, состоящий из камеры сгорания 1 с регенеративным охлаждением и камеры смешения 2, с коллекторами подачи компонентов топлива 3 и 4 и каналами 5 подачи воды на балластировку продуктов сгорания, агрегаты регулирования (не обозначены), подводящие магистрали компонентов топлива и воды (не обозначены).

Тракт охлаждения парогенератора выполнен с двумя коллекторами 6 и 7 подачи воды в тракт охлаждения, первый и второй соответственно, и двумя коллекторами 8 и 9 отвода воды, первый и второй, соответственно, из тракта охлаждения.

Первый коллектор 6 подачи воды в тракт охлаждения парогенератора расположен в начальной части камеры сгорания парогенератора. Первый коллектор 8 отвода воды из тракта охлаждения расположен на цилиндрической части камеры сгорания 1 по ходу движения продуктов сгорания между первым коллектором 6 подачи воды в тракт охлаждения, и вторым коллектором 7 подачи воды в тракт охлаждения.

Первый коллектор 8 отвода воды из тракта охлаждения соединен с возможностью отключения с коллектором 7 подачи воды, расположенным на камере сгорания 1 парогенератора. Второй коллектор 9 отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположен в минимальном сечении камеры сгорания 1 парогенератора.

На входной части камеры смешения 2 установлен коллектор 10 для подачи воды на балластировку продуктов сгорания через каналы 12.

В варианте исполнения, полость тракта второго коллектора 9 отвода воды из тракта охлаждения парогенератора связана каналами 11 с полостью камеры смешения 2.

В варианте исполнения, полость первого коллектора 8 отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположена над полостью второго коллектора 7 подачи воды в тракт охлаждения парогенератора.

В варианте исполнения, полость первого коллектора 8 отвода воды из тракта охлаждения парогенератора выполнена смежной с полостью второго коллектора 7 подачи воды в тракт охлаждения парогенератора.

Предложенная установка для получения горячей воды и водяного пара разной температуры и расхода с использованием водородного парогенератора работает следующим образом.

Компоненты топлива - кислород и водород - подаются в смесительную головку парогенератора (показана, но не обозначена), смешиваются в камере сгорания 1 и сгорают, образуя продукты сгорания с высокой температурой. Продукты сгорания компонентов топлива воздействуют на охлаждаемую стенку камеры сгорания 1 и передают ей тепло, в результате чего охлаждающая жидкость-вода-подаваемая в тракт охлаждения парогенератора через коллектор 6, нагревается. За счет того, что тепловые потоки достигают максимума в минимальном сечении камеры сгорания парогенератора, охлаждающая жидкость, подаваемая от смесительной головки парогенератора, достигает максимума температуры в указанном сечении.

В зависимости от условий работы парогенератора и его назначения, часть охлаждающей жидкости, нагретой до заданной температуры по ходу движения, отводится через первый коллектор 8 отвода воды для дальнейшего использования. В зависимости от потребляемого расхода охлаждающей жидкости заданной температуры, через второй коллектор 7 подачи воды, в зависимости от режима работы парогенератора, в тракт охлаждения парогенератора подается дополнительный расход воды, который нагревается и далее поступает ко второму коллектору 9 отвода воды из тракта охлаждения парогенератора, расположенному в минимальном сечении камеры сгорания 1 парогенератора и, достигнув максимума температуры, поступает для дальнейшего использования. Таким образом, обеспечивается два разных по значению расхода воды с разной температурой.

Полости коллекторов 7 и 8 связаны между собой, и, в случае отбора горячей воды заданной температуры из коллектора 8 для дальнейшего использования, в коллектор 7 подается дополнительный расход воды для обеспечения регенеративного охлаждения камеры сгорания 1. В случае, если горячая вода заданной температуры из коллектора 8 не отбирается, то вода поступает из коллектора 8 в коллектор 7, соединенный с коллектором 8 при помощи запорно-регулирующей арматуры, и далее в тракт охлаждения камеры сгорания 1.

Полость первого коллектора 8 отвода воды из тракта охлаждения парогенератора выполнена смежной с полостью второго коллектора 7 подачи воды в тракт охлаждения парогенератора, при этом в перемычке между коллекторами выполнены каналы 5 для подачи воды из тракта охлаждения для балластировки продуктов сгорания.

Часть воды подается на балластировку продуктов сгорания, через каналы 5, и далее, в камеру сгорания, для образования высокотемпературного пара.

При необходимости, часть воды подается в коллектор 10 подачи воды на балластировку продуктов сгорания, расположенный на входной части камеры смешения 2, для образования низкотемпературного пара. Регулируя расход воды через каналы 11, расположенные на камере сгорания 1, и каналы 12, выполненные в коллекторе 10, расположенном на камере смешения 2, можно получать водяной пар разного расхода и разной температуры.

Регулируя соотношение компонентов топлива, расходы воды на охлаждения камеры сгорания парогенератора, на отбор воды из коллекторов на цилиндрической части камеры сгорания и в ее минимальном сечении, на камере смешения, на балластировку продуктов сгорания, можно получать одновременно горячую воду, по крайней мере, двух различных температур и водяной пар заданной температуры и расхода.

Использование предложенного технического решения позволит создать установку для получения горячей воды и водяного пара, обеспечивающей одновременное получение горячей воды и горячего пара разного расхода и разной температуры.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании устройств для получения горячей воды разной температуры и разного расхода и водяного пара разной температуры и разного расхода. Установка для получения горячей воды и водяного пара с использованием водородного парогенератора, содержащая водородный парогенератор, состоящий из камеры сгорания с регенеративным охлаждением и камеры смешения, с коллекторами подачи компонентов топлива и подачи воды на балластировку продуктов сгорания, агрегаты регулирования, подводящие магистрали компонентов топлива и воды. Тракт охлаждения парогенератора выполнен с двумя коллекторами подачи воды в тракт охлаждения и двумя коллекторами отвода воды из тракта охлаждения. Первый коллектор подачи воды в тракт охлаждения парогенератора расположен в начальной части камеры сгорания парогенератора. Первый коллектор отвода воды из тракта охлаждения расположен на цилиндрической части камеры сгорания между первым коллектором подачи воды в тракт охлаждения и вторым коллектором подачи воды в тракт охлаждения. Первый коллектор отвода воды из тракта охлаждения соединен с возможностью отключения с коллектором подачи воды на балластировку продуктов сгорания, расположенным на камере сгорания парогенератора, при этом второй коллектор отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположен в минимальном сечении камеры сгорания парогенератора. В варианте исполнения полость тракта второго коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора связана каналами с полостью камеры смешения, полость первого коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположена над полостью второго коллектора подачи воды в тракт охлаждения парогенератора, полость первого коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора выполнена смежной с полостью второго коллектора подачи воды в тракт охлаждения парогенератора, при этом в перемычке между коллекторами выполнены каналы для подачи воды из тракта охлаждения для балластировки продуктов сгорания, полость тракта регенеративного охлаждения камеры сгорания соединена с полостью камеры смешения. Технический результат заключается в создании установки для получения горячей воды и водяного пара, обеспечивающей одновременное получение горячей воды и горячего пара разной температуры и разного расхода. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для получения горячей воды и водяного пара с использованием водородного парогенератора, содержащая водородный парогенератор, состоящий из камеры сгорания с регенеративным охлаждением и камеры смешения, с коллекторами подачи компонентов топлива и подачи воды на балластировку продуктов сгорания, агрегаты регулирования, подводящие магистрали компонентов топлива и воды, отличающаяся тем, что тракт охлаждения парогенератора выполнен с двумя коллекторами подачи воды в тракт охлаждения и двумя коллекторами отвода воды из тракта охлаждения, причем первый коллектор подачи воды в тракт охлаждения парогенератора расположен в начальной части камеры сгорания парогенератора, при этом первый коллектор отвода воды из тракта охлаждения расположен на цилиндрической части камеры сгорания по ходу движения продуктов сгорания между первым коллектором подачи воды в тракт охлаждения и вторым коллектором подачи воды в тракт охлаждения, при этом первый коллектор отвода воды из тракта охлаждения соединен с возможностью отключения с коллектором подачи воды на балластировку продуктов сгорания, расположенным на камере сгорания парогенератора, при этом второй коллектор отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположен в минимальном сечении камеры сгорания парогенератора.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что полость тракта второго коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора связана каналами с полостью камеры смешения.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что полость первого коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора расположена над полостью второго коллектора подачи воды в тракт охлаждения парогенератора.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что полость первого коллектора отвода воды из тракта охлаждения парогенератора выполнена смежной с полостью второго коллектора подачи воды в тракт охлаждения парогенератора, при этом в перемычке между коллекторами выполнены каналы для подачи воды из тракта охлаждения для балластировки продуктов сгорания.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что полость тракта регенеративного охлаждения камеры сгорания соединена с полостью камеры смешения.