ПАРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использована на мобильных мини ТЭЦ и где требуется получение нескольких видов теплоносителя одновременно (горячая вода, пар, парогазовоздушная смесь).
Известен способ получения пара в котле с агрегатом наддува, заключающийся в получении продуктов сгорания путем сжигания топлива в горелочном устройстве с последующим их охлаждением в первой по ходу газа части газохода при передаче тепла через теплообменную поверхность нагреваемой среде, расширении продуктов сгорания в турбине привода компрессора, сжимающего воздух для подачи в горелочное устройство, и дополнительном охлаждении продуктов сгорания во второй по ходу газов части газохода при передаче их низкопотенциального тепла через теплообменную поверхность нагреваемой среде, причем продукты сгорания охлаждают в первой части газохода до 850-970 К, а перепады давлений между входом и выходом первой части газохода и входом и выходом его второй части в сумме поддерживают в диапазоне 0.01-0.06 МПа, а воздух сжимают до давления 0.16-0.35 МПа (см. патент RU №2056584, кл. F22B 1/24, 20.03.1996).
Однако при реализации данного способа работы достигнуты сравнительно невысокие весогабаритные характеристики парового котла, что сужает его область использования.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ запуска и работы малогабаритного цилиндрического парогенератора, включающий подачу продуктов сгорания в газоход, охлаждение их в нем и последующую подачу в турбину, привод от последней компрессора, подачу из турбины продуктов сгорания в канал, образованный внешней поверхностью обечайки и внутренней поверхностью цилиндра парогенератора и последовательно во все остальные участки газохода для отдачи тепла стенкам парогенерирующих цилиндров второй части газохода с последующим выводом их из котла (см. патент RU №2121622, кл. F22B 1/24, 10.11.1998).
Недостатком данного способа работы является то, что в начальный момент запуска установка (металл, теплоноситель) холодная и, если произвести каким-либо способом стартовую раскрутку турбокомпрессора, то при начальном расходе воздуха, поступающего в камеру сгорания, образующиеся продукты сгорания подходят к турбокомпрессору с низкой температурой из-за их малого количества и интенсивного теплообмена на пути движения продуктов сгорания. Тем самым оказывается, что турбине затруднительно раскрутить компрессор до номинальных оборотов, чтобы тот смог обеспечить необходимые для стабильной работы установки степень сжатия воздуха, расход и температуру продуктов сгорания за ограниченный период времени, в течение которого способен обычно действовать источник (например, баллонный) начальной раскрутки турбокомпрессора (как правило, максимум несколько минут). Следствием является прекращение работы установки до выхода на заданный режим.
Наиболее близким аналогом является решение по патенту RU 2399776, опубл.: 20.09.2010. В нем отражен способ работы одномодульной миниТЭЦ на базе малогабаритного цилиндрического парогенератора с камерой сгорания (КС), турбокомпрессором (ТК) и электрогенератором заключается в том, что устанавливают пусковую КС и на режимах от 10 до 70% тепловой мощности миниТЭЦ одновременно задействуют две КС - основную, подающую продукты сгорания в парогенерирующие цилиндры, и пусковую, подающую продукты сгорания непосредственно на турбину турбокомпрессора, причем выход на режим частичной нагрузки осуществляют как непосредственно при запуске установки путем остановки процесса перераспределения воздуха и топлива между камерами сгорания, так и переходом с номинального режима по следующему алгоритму: с помощью трехходового крана часть воздуха забирают из основной КС и подают в пусковую КС, затем в пусковую КС подают топливо, с возможностью смешения топлива с воздухом и образования горючей смеси, включают систему зажигания и производят поджиг топливной смеси, после чего с помощью трехходового крана производят дальнейшее перераспределение воздуха от компрессора ТК в сторону увеличения подачи воздуха в пусковую КС и уменьшения подачи воздуха в основную КС, при этом подачу топлива в пусковую КС увеличивают, а в основную КС - уменьшают, при достижении необходимой тепловой мощности установки процесс останавливают и продолжают устойчивую эксплуатацию в частичном режиме на двух камерах сгорания.
Способ описывает парогенератор, содержащий камеру сгорания, компрессор, горелочное устройство, блок поджига, патрубок подачи воздуха в горелочное устройство, патрубок подачи топлива в горелочное устройство, патрубок отвода продуктов сгорания топлива.
Технической проблемой прототипа является наличие двух КС, связанных между собой трубопроводами, систему регуляции подачи воздуха в обе КС. Это усложняет конструкцию и требует сложных систем управления потоками, наличие множества датчиков. Также технической проблемой прототипа является длительность пуска и остановки; зависимость температуры пара от давления; требуется постоянное присутствие обслуживающего персонала.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции парогенератора, отсутствие необходимости в сложных системах водоподготовки и деаэрации, быстрота пуска и остановки, отсутствие дымовой трубы, независимость температуры пара от давления, не требуется постоянное присутствие обслуживающего персонала.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен парогенератор, содержащий камеру сгорания, воздуходувку, горелочное устройство, блок поджига, патрубок подачи воздуха в горелочное устройство, патрубок подачи топлива в горелочное устройство, патрубок отвода продуктов сгорания топлива, отличающийся тем, что распылитель воды установлен перед патрубком отвода продуктов сгорания топлива, который подключен к системе перемешивания образованной парогазовоздушной смеси, состоящей из миксера и участка ускорения, а камера сгорания имеет металлический кожух с футеровкой. Блок поджига содержит свечу зажигания, клапан зажигания, регуляторы топлива для высокого и низкого режимов горения, клапаны регулировки топлива для высокого и низкого режимов горения.
В блоке поджига может быть установлен сканер пламени.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показана компоновочная схема парогенератора.
На Фиг. 2 показана схема устройства камеры сгорания. На чертежах:
1 - корпус входного фильтра, 2 - фильтр, 3 - воздуходувка, 4 - глушитель, 5 - электродвигатель, 6 - панель управления, 7 - регулятор воды, 8 - переключатель низкого давления воды, 9 - игольчатый клапан, 10 - соленоидный клапан, 11 - Y-фильтр грубой очистки, 12 - насадка водного разбрызгивателя, 13 - камера сгорания, 14 - шаровой клапан, 15 - регулятор давления для пилота, 16 - соленоидный клапан, 17 - игольчатый клапан, 18 - патрубок отвода продуктов сгорания топлива с миксером и участком ускорения для перемешивания образованной при горении парогазовоздушной смеси, 19 - горелка, 20 - контрольные сигналы, 21 - свеча зажигания, 22 - сканер пламени, 23 - индикатор подачи воздуха, 24 - переключатель повышенного давления, 25 - фильтр, 26 - насос топливный, 27 - электроклапан, 28 - датчик давления, 29 - датчик пламени, 30 - датчик давления воздуха, 31 - клапан норм, открытый, 32 - клапан проходной регулирующий, 33 - клапан редукционный, 34 - горелочное устройство,35 - патрубок подачи воздуха в горелочное устройство, 36 - патрубок подачи газа или жидкого топлива в горелочное устройство, 37 - блок поджига, 38 - распылитель воды с блоком управления, 39 - металлический кожух камеры сгорания с футеровкой.
Осуществление полезной модели
Парогенератор состоит из камеры сгорания 13 (см. Фиг. 1, Фиг. 2), горелочного устройства 36, блока поджига 37, патрубка 35 подачи воздуха в горелочное устройство, патрубка 36 подачи топлива в горелочное устройство, патрубка 40 отвода продуктов сгорания топлива с миксером и участком ускорения. Новым является то, что распылитель воды установлен перед патрубком 40 отвода продуктов сгорания топлива, который подключен к системе перемешивания образованной парогазовоздушной смеси, состоящей из миксера и участка ускорения 18, а камера сгорания 13 имеет металлический кожух 39 с футеровкой. Корпус 1 входного фильтра 2 воздуходувки 3 соединен через глушитель 4 с патрубком 35 подачей воздуха. Воздуходувка 3 нагнетает воздух. Через систему управления 6 регулируют давление воздуха, предпочтительно используя индикатор 30 подачи воздуха и переключатель 24 повышенного давления.
Воду подают через регулятор воды 7 по трубопроводам, используя в системе трубопроводов переключатель 8 низкого давления воды, игольчатый клапан 9 с помощью которых, а также с помощью соленоидного клапана 10, регулируют поток на среднем уровне, высоком уровне и низком уровне, соответственно.
На входе перед насадкой водного разбрызгивателя 12, установленной в камере сгорания 13, может быть установлен Y-фильтр грубой очистки 11.
Топливо подают через другую систему трубопроводов, где регуляцию степени подачи топлива осуществляют с помощью редукционного клапана 33. Топливо подается через фильтр 25 топливным насосом 26. Далее через клапаны 27 и 28. топливо поступает на горелку 19 через патрубок 36. Контроль за горением осуществляется датчиком пламени 29 и датчиком давления воздуха 30.
Контрольный сигналы 20 соединены со свечой зажигания 21 через игольчатые клапаны 17, которые через соленоидный клапан 16 и регулятор давления 15 связаны с шаровым краном 14. Топливо через клапан зажигания подается в горелку 19. Контроль зажигания осуществляют с помощью сканера пламени 22.
Парогенератор работает следующим образом.
Для функционирования парогенератора необходимы три основных компонента:
2
природный газ, давлением от 1,6 до 6 кгс/см;
электропитание 380/220 В, 50 Гц; 35 кВт;
2
промышленная вода, давлением не ниже 3,5 кгс/см.
В процессе функционирования с помощью воздуходувки нагнетают воздух в камеру сгорания 13, где происходит смешивание его с топливом. Электрическая искра от свечи зажигания воспламеняет смесь воздуха с топливом. Сгорание полученной смеси происходит под управлением электронного контроллера, по команде которого осуществляется подача и распыление воды через форсунку непосредственно в среду раскаленных газов, где происходит ее мгновенное испарение. Образовавшийся технологический пар подается потребителю. Давление технологического пара на выходе системы не превышает 0,05 МПа, поэтому парогенераторы мгновенного действия не подконтрольны Котлонадзору. Технология обеспечивает мгновенную подачу пара (выход на рабочий режим через 15 секунд после включения установки). В связи с этим нет необходимости поддерживать холостой режим работы установки. Регулировка производительности парогенератора - двухступенчатая. Диапазон рабочих температур технологического пара на выходе парогенератора 100-160°С. Нагрев воды на технологические нужды или отопление происходит в емкости атмосферного типа непосредственной подачей пара через перфорированные трубы. Температура нагретой воды до 80°С.Составляющими тепловой нагрузки парогенератора являются сжигание топлива и теплота конденсации воды, образующейся при термохимической реакции сгорания топлива. Технология не требует дымовых труб. Нет необходимости в сложных системах водоподготовки и деаэрации. Парогенераторы комплектуются простыми системами умягчения воды. Применение парогенераторов по заявленной полезной модели в технологических процессах производства, отоплении и ГВС обеспечивает сокращение затрат на топливо на 50-60% по сравнению с традиционными котловыми технологиями.
Основными преимуществами полезной модели являются:
быстрота пуска и остановки - 15 секунд;
отсутствие дымовой трубы;
независимость температуры пара от давления;
одна установка позволяет обеспечить производство технологического пара и нагретой воды;
высокая гомогенность технологического пара, стабильность его термодинамических параметров: теплоемкость, температура, давление;
не требуется постоянное присутствие обслуживающего персонала;
не требуются фундаменты и специальные сооружения для их установки,
парогенераторы могут устанавливаться непосредственно около потребителей тепла, что
позволяет практически исключить тепловые потери при транспортировке теплоносителя.
Указанные преимущества реализуются посредством того, что распылитель воды установлен перед патрубком отвода продуктов сгорания топлива, который подключен к системе перемешивания образованной парогазовоздушной смеси, состоящей из миксера и участка ускорения, а камера сгорания имеет металлический кожух с футеровкой. Эти особенности позволяют исключить потребность использования второй камеры сгорания и связь ее дополнительной системой трубопроводов с основной камерой сгорания, а также не требуют регуляции подачи воздуха в обе камеры сгорания. Благодаря наличию только одной камеры сгорания пуск и остановка очень быстры, нет зависимости температуры пара от давления, не требуется постоянное присутствие обслуживающего персонала, который бы регулировал давление и подачу воздуха между системой двух камер сгорания. Заявленная полезная модель работает автономно.