ТЕПЛОПАРОГЕНЕРАТОР

:   Теплопарогенератор
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована при создании теплопарогенераторов, а также в производстве теплоносителей в различных областях народного хозяйства.
Известен парогенератор, содержащий цилиндрический корпус, коаксиально расположенную в нем цилиндрическую обечайку с размещенным в ней электронагревателем, которая делит внутреннюю полость корпуса на сообщающиеся между собой камеру испарения, расположенную внутри обечайки, и камеру перегрева, расположенную в кольцевом пространстве между корпусом и обечайкой. В камеру испарения заведен парубок для разбрызгивания воды, а цилиндрическая обечайка снабжена днищем и крышкой, в которой вьшолнены отверстия для сообщения камеры испарения и камеры перегрева между собой (см. авторское свидетельство СССР  1590829, МПК5 F22B1/26, опубл. 07.09.90., Парогенератор)  1 .
Педостатком известного парогенератора является больщая металлоемкость и низкая производительность за счет небольших объемов получаемого пара, что делает его инерционным и неэкономичным. Кроме того, он позволяет получить только один вид теплоносителя, а именно, перегретый пар.
Паиболее близким по технической сущности является парогенератор, содержащий камеру пульсирующего горения с резонансной (пламенной) трубой, пароводяной котел в виде кожуха, образованного трубами, расположенньми по периметру камеры пульсирующего горения и резонансной трубы и являющихся одновременно поверхностями нагрева питательной воды, сепаратор и впрыскивающие устройства, причем сепаратор подключен на входе к поверхностям нагрева, а паровая и жидкостная линии сепаратора соединены с впрыскивающими устройствами, установленными соответственно в конце и в начале резонансной трубы (см. авторское свидетельство СССР № 1613795, МПК5 F22B 1/26, опубл. 15.12.90., Парогенератор) 2.
Недостатком известного парогенератора является низкая производительность, которая ограничена пропускной способностью впрыскивающих устройств и большим сопротивлением потоку воды, проходящей через поверхности нагрева камеры горения, что не позволяет увеличить ее давление и скорость подачи.
20flf21U6 p8
7МПК F 22B 1/26
кроме того, наличие сепаратора увеличивает габариты и массу парогенератора, повьпиает его инерционность, требует теплоизоляции сепаратора и трубопроводов.
Известное устройство предназначено для получения только одного теплоносителя пара, при этом требует постоянства температур, давлений и расходов воды, что в свою очередь снижает эффективность его работы.
Еще одним недостатком является чувствительность к параметрам воды (т.е. ее качеству) и возможность работы только с системами обескислораживания и умягчения воды, так как наличие растворенного кислорода в воде приводит к коррозии труб и других рабочих поверхностей парогенератора, а повьппенная жесткость воды при малых скоростях - к образованию накипи.
Технический результат полезной модели предусматривает повышение производительности за счет обеспечения высоких температур и скоростей истечения продуктов сгорания и прокачки воды, повышающих процессы теплообмена, расширение функциональных возможностей за счет  двух видов теплоносителя (горячей воды и газовоздушной паровой смеси), возможность работы без дополнительной водоподготовки за счет малых поверхностей, контактирующих с водой, и больших скоростей ее прокачки.
Технический результат достигается тем, что теплопарогенератор, включающий камеру сгорания, пламенную трубу с устройствами для впрыскивания воды или пара, пароводяной котел, согласно полезной модели, содержит корпус, в котором соосно и последовательно заключены камера сгорания и пламенная труба, при этом последняя снабжена соплом Лаваля, переходящим в цилиндрическую насадку, а в расширяющейся части сопла Лаваля расположена камера разбавления, пароводяной котел выполнен в виде кольцевого пространства, образованного между корпусом и камерой сгорания с пламенной трубой, камера сгорания и камера разбавления снабжены патрубками подачи вторичного воздуха, а устройства для впрыскивания воды или пара вьшолнены в виде отверстий, равномерно расположенных по периметру пламенной трубы, камеры разбавления и цилиндрической насадки.
С наружной стороны корпуса установлены воздушные коллекторы для подачи вторичного воздуха в камеры сгорания и разбавления.
Наличие корпуса и выполнение пароводяного котла в виде кольцевого пространства между корпусом и камерой сгорания с пламенной трубой позволило увеличить скорость прокачки воды, а наличие сопла Лаваля позволило увеличить скорость истечения продуктов сгорания и их температуру за счет торможения высокоскоростных потоков в цилиндрической насадке. Это позволяет увеличить пропускную способность пароводяного котла и объемы получаемой газовоздушной паровой смеси.
i {оь s
Выполнение устройства для впрыскивания воды или пара в виде отверстий, равномерно расположенных по периметру пламенной трубы, камеры разбавления и цилиндрической насадки, позволяет увеличить объемы газовоздушной паровой смеси, а также предохранить поверхности пламенной трубы, камеры разбавления и цилиндрической насадки от перегрева.
Подача вторичного воздуха через патрубки камеры сгорания позволяет повысить эффективность сгорания газовоздушной смеси и температуру пламени.
Соосное расположение камеры сгорания и пламенной трубы, а также коаксиальное расположение их в корпусе позволяет уменьшить габариты теплопарогенератора и поверхность нагрева пароводяного котла, что позволяет при больших скоростях прокачки воды обеспечить работу теплопарогенератора без дополнительной водоподготовки за счет исключения образования накипи и отложения солей. На фигуре изображен теплопарогенератор в разрезе.
Теплопарогенератор содержит корпус 1, в который соосно и последовательно заключены камера сгорания 2, пламенная труба 3, содержащая сопло Лаваля 4, переходяшее в цилиндрическую насадку 5.
В расширяющейся части сопла Лаваля 4 расположена камера разбавления 6. Пароводяной котел 7 выполнен в виде замкнутого кольцевого пространства, расположенного между корпусом 1 и камерой сгорания 2 с пламенной трубой 3.
Камера сгорания 2 содержит горелочное устройство 8 и снабжена патрубками 9 и 10 для подвода воздуха и газа соответственно.
Пламенная труба 3, камера разбавления 6 и цилиндрическая насадка 5 содержат отверстия для впрыскивания воды или пара 11,12,13 соответственно.
Камера сгорания 2 и камера разбавления 6 содержат отверстия для подачи вторичного воздуха соответственно 14 и 15, которые соединены с коллекторами 16 для подачи воздуха при помоши патрубков 17.
Пароводяной котел 7 снабжен патрубком подвода питательной воды 18, снабженным устройством для регулирования скорости подачи и расхода воды 19.
Горелочное устройство 8 снабжено газоструйным излучателем 20. Для обеспечения надежности воспламенения газовой смеси имеется запальное устройство (на чертеже не показано).
Камера сгорания 2 и цилиндрическая насадка 5 имеют направляюшие опоры 21 для их центрирования в корпусе 1.
в камеру сгорания 2 через патрубки 9 и 10 подают воздух и газ соответственно. Часть воздуха под давлением 3-6 атм. поступает через газоструйпый излучатель 20 и нагревается до температуры 600-900°С. При контакте нагретого воздуха с газом происходит самовоспламенение смеси. Для надежности воспламенения одновременно включают запальное устройство (на чертеже не показано).
Из воздушного коллектора 16 через патрубки 17 и отверстия 14 подают вторичный воздух в камеру сгорания 2 для обеспечения надежного сгорания при стехиометрическом соотношении и достижения максимальной температуры в ядре потока 2000°С.
Одновременно с подачей газа и воздуха в камеру сгорания 2 в пароводяной котел 7 через патрубок 18 подают воду со скоростью не менее 20 м/сек, регулируя ее расход и скорость устройством 19.
Проходя по кольцевому пространству пароводяного котла 7, вода нагревается, охлаждая при этом стенки камеры сгорания 2 и пламенной трубы 3. Образуюш;иеся на стенках пузырьки пара срываются потоком холодной воды с последующей их конденсацией, что наряду с большими скоростями прокачки воды увеличивает коэффициент теплообмена.
Кроме того, благодаря большим скоростям прокачки воды и малым поверхностям контакта, окисление материала корпуса 1, камеры сгорания 2 и пламенной трубы 3 не происходит. По этой же причине не происходит отложение солей и образование накипи на этих поверхностях.
Вода или пар, подаваемые в зависимости от установленного теплового режима из пароводяного котла 7 через отверстия 11, 12, 13, обеспечивают эжектирование газа и образующихся продуктов сгорания с одновременным охлаждением стенок камеры сгорания 2, пламенной трубы 3 и сопла Лаваля 4, а также интенсивным парообразованием при непосредственном контакте струй воды с высокотемпературными парами, образз ощимися при реакции горения газа и воздуха.
Полезный фактический объем газа увеличивается за счет присоединения паров, образующихся при сгорании топлива. При сгорании 1 куб. м природного газа образуется 2 куб. м пара.
Образовавшаяся в камере сгорания 2 газовоздушная паровая смесь, проходя через сопло Лаваля 4, ускоряется и в камере разбавления 6 разбавляется паром или водой, а также вторичным воздухом, подаваемыми через отверстия 12 и 15 соответственно, до требуемых экологическими стандартами норм, а затем тормозится в цилиндрической насадке 5 с преобразованием кинетической энергии в тепловую, значительно повышая при этом температуру потока.
Регулируя расходы газа, воздуха и воды, можно получить на выходе теплопарогенератора тот вид теплоносителя, который необходим потребителю в данный момент времени без переналадки теплопарогенератора, а именно: горячую воду с температурой до 100°С или газовоздушную паровую смесь с необходимым составом, давлением и температурой до 1000°С.
Наличие критического сечения в сопле Лаваля 4 обеспечивает постоянство условий горения и парообразования в камере сгорания 2, не зависящих от изменения и колебания параметров в присоединенной к цилиндрической насадке 5 системе потребителя.
Малые габариты и масса теплопарогенератора, высокая температура и скорость истечения продуктов сгорания позволяют уменьшить время запуска и останова до 5-10 секунд с момента поступления рабочих тел в теплопарогенератор.
Заявляемый теплопарогенератор позволяет получить следующие преимущества: высокую производительность и многофункциональность, малые габаритно-массовые характеристики, возможность работы без водоподготовки (обескислораживания, умягчения и подогрева воды), высокую динамичность и независимость работы теплопарогенератора от входных параметров воды и изменений и колебаний параметров (давление, расход) в системе потребителя.
Источники известности: 1.Авторское свидетельство СССР № 2.Авторское свидетельство СССР № 1590829, МКИ5 F22B1 /28, опубл. 07.09.90. 1613795, МКИ5 F22B1/26, опубл. 15.12.90.