Теплообменник Советский патент 1983 года по МПК F28D13/00 F23C10/04 

Изобретение относится к высокотемпературным установкам с псевдоожиженным слоем, широко применяемым в различных (уграслях промышленности (металлургическая, химическая, автомобильная и т. д.), может быть использовано для выработки пара в котлах малой мощности в промышленной энергетике. По основному авт. св. № 914923 известен теплообменник, содержащий цилиндрический корпус с размещенной в нижней части распределительной решеткой и погруженным в псевдоожиженный слой трубчатым змеевиком, подключенным к источнику теплоносителя, причем решетка установлена на валу с возможностью вращения и снабжена периферийными выступами, а змеевик выполнен в виде полого усеченного конуса и скреплен своим меньшим основат)И€м с решеткой 1. Однако внутренняя поверхность парогенерирующего устройства не полностью контактирует с частицами слоя, так как частицы, просыпающиеся во внутрь конуса на его верхнюю часть, выбрасываются оттуда центробежными силами. Кроме того, для улавливания угольной пыли необходим специальный сложный фильтр, а для полной утилизации тепла дымовых газов - громоздкий теплообменник. Целью изобретения является повышение эффективности работы путем более полного использования тепла отходящих газов. Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем цилиндрический корпус с размещенной в нижней части распределительной решеткой и погруженным в псевдоожиженный слой трубчатым змеевиком в виде полого усеченного конуса, подключенным к источнику теплоносителя и скрепленным своим меньшим основанием с решеткой, установленной с возможностью вращения и снабженной периферийными выступами, корпус снабжен неподвижной цилиндрической обечайкой с боковым патрубком, установленной в корпусе соосно над змеевиком и центральным дымоходом, сообщенным верхним концом с патрубком обечайки и заведенным нижним участком в полость змеевика. Кроме того, паровая труба может быть размещена внутри дымохода. На чертеже изображен теплообменник, общий вид. Теплообменник содержит цилиндрический корпус 1, распределительную решетку 2, установленную с возможностью вращения на валу 3, погруженный в псевдоожиженный слой топлива 4 трубчатый змеевик 5 в виде усеченного конуса, подключенный к источнику теплоносителя 6 через вал 3 и скрепленный своим меньшим основанием с решеткой 2. Корпус 1 снабжен не;1одвижной обечайкой 7 с боковым патрубком 8, установленной в корпусе 1 соосно над змеевиком 5, и центральным дымоходом 9, сообщенным верхним концом с патрубком 8 обечайки 7 и заведенным нижним участком в полость змеевика 5. Для отвода образовавшегося в результате теплообмена пара служит паровая труба 10, которая может быть размещена внутри дымохода 9. Решетка 2 снабжена периферийными выступами 11. Через патрубок 12 под решетку 2 подают воздух. Для максимальной утилизации тепла в обечайке 7 размещены трубы 13 для подогрева воздуха. Сжигание топлива для получения пара или горячей воды осуществляется следующим образом. В корпус 1 засыпают слой топлива 4, например смеси угля и доломита фракции 0,5-3,0 мм, и при помощи вала 3 приводят во вращение газораспределительную решетку 2, на верхней плоскости которой укреплены один или два выступа 11, например треугольные или г-образные пластины под углом к горизонтальной и вертикальной осям диска. При вращении решетки 2 частицы слоя 4 набегают на наклонную поверхность выступа 11 и поднимаются вверх по спирали вдоль стенок корпуса и затем по оси опускаются вниз до очередной встречи с выступом 11. Таким образом, на вращательное движение частиц накладывается вибрация от выступа 11. Это совместное действие вибрации и вращения приводит частицы слоя 4 в вибропсевдоожиженное состояние, которое характеризуется высокими коэффициентами тепло- и массообмена. Получив вибровращающийся слой топлива 4, в корпус 1 затем через патрубок 12 подают воздух, а в парогенерирующее устройство, выполненное в виде полого спиралеобразного змеевика 5 в виде конуса, подают воду путем подачи ее через полый вал 3 при помощи насоса и разогревают слой топлива 4 до 700-900°G, например, газовой горелкой (на чертеже не показана). Спиралеообразный змеевик 5 используется как парогенерирующее устройство, а также как трансформатор амплитуды колебательного движения частиц. В нижней части корпуса 1 частицы приобретают колебательную составляющую движения с начальной амплитудой, которая с высотой из-за трения имеет тенденцию к снижению. Однако, с другой стороны, вследствие ограничения поперечного сечения слоя змеевиком 5, е слое, как в среде, проявляющей свойства жидкости, амплитуда с высотой при наличии расширяюшегося конуса увеличивается. Выбором соответствующей конусности и размеров змеевика 5 достигают в верхней части корпуса 1 такую же интенсивность движения частиц (а следовательно, и коэффициента теплообмена), как и в нижней. Так как частицы слоя топлива 4 интенсивно движутся, а спиралеобразный змеевик 5 быстро вращается, то получают

интенсивный .теплообмен между ними, значительно превышающий в известных устройствах. Величина теплообмена (производительность) легко регулируется скоростью вращения решетки 2. Перегретый пар выходит через патрубок 10, а дымовые газы проходят через патрубок 8 и дымоход 9 в змеевик 5. Большая часть соединений серы нейтрализуется в слое 4, и использованный известняк удаляют из корпуса 1 через разгрузочный бункер (на чертеже не показан). Зола, достигшая поверхности змеевика 5, может образовывать лишь очень тонкий слой т. к. для исключения образования отложений золы на поверхности змеевика 5 установлены турбулизирующие лопатки (на чертеже не показаны). Поэтому пристеночный слой газа, который состоит из молекул, прилипак}ших к поверхности змеевика 5 и принимающих ее температуру (в отличие от котельных труб известных устройств), из-за огромных скоростей газа чрезвычайно тонок и турбулизован и оказывает ничтожное сопротивление теплоотдаче. Угольная пыль

улавливается слоем частиц, циркулирующим внутри вращающегося змеевика 5, дожигается, а сернистые соединения полностью нейтрализуются добавленными частицами доломита, т. е. змеевик 5 является одновременно и эффективным парогенератором и фильтром, и теплообменником. Циркуляция частиц внутри змеевика 5 ocyuiecTвляется центробежными силами, которые выбрасывают их в неподвижную обечайку 7, где скорость частиц падает, и они под действием собственного веса падают вниз.

Благдаря размещению паровой трубы 10 внутри дымохода 9 создается противоточное движение дымовых тазов и пара. В результате пар подогревается до необходимой температуры. Для максимальной утилизации тепла дымовых газов в обечайке 7« размещены трубы 13 для подогрева воздуха.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет при небольших размерах камеры увеличивать в несколько раз производительность по пару.

1. ТЕПЛООБМЕННИК по авт. св. № 914923, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем более полного использования тепла отходящих газов, он снабжен неподвижной обечайкой с боковым патрубком, установленной в корпусе соосно над змеевиком и центральным дымоходом, сообщенным верхним концом с патрубком обечайки и заведенным нижним участком в полость змеевика. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что паровая труба размещена внутри дымохода. (Л со со сд