ПАРОГЕНЕРАТОР
STEAM GENERATOR

Изобретение относится к парогенераторам и может быть использовано как автономный агрегат для получения парогазовой смеси.
Областями применения данного изобретения в промышленности являются прогрев инертных материалов и подготовка бетонной смеси на бетонных заводах в зимнее время; сушка пиломатериалов; пропарка изделий из железобетона на заводах ЖБИ; вращение малых турбин для электроснабжения; удаление снега и льда с поверхностей и арматуры под заливку бетона в зимний период, подогрев битума на строительных площадках; прогрев густых ГСМ и пропаривание емкостей; в сельском хозяйстве и других технологиях, допускающих использование парогазовой смеси.
Известен парогенератор с мгновенной подачей пара, принцип действия которого основан на впрыскивании воды в поток дымовых газов (Patent US 7,146,937 В2 - 2006 г). Парогенератор состоит из двустенной камеры сгорания и двустенной смесительной камеры, объединенных фланцевым соединением. Питательная вода из межстенного пространства камер через систему каналов во фланцевом соединении впрыскивается в поток продуктов сгорания. В коленообразной или прямой камере смешения постоянного сечения происходит парообразование и завершается формирование парогазовой смеси.
Недостаткам этого изобретения является низкое (до 1 ати) давление парогазовой смеси на выходе. Низкое давление парогазовой смеси существенно ограничивает область применения такой конструкции парогенераторов. Так невозможно получение механической работы даже в малых турбинах, имеются сильные ограничения по аэродинамическому сопротивлению распределительных паропроводов и потребителей (теплообменников, сепараторов, обрабатываемых материалов).
Конструктивно рассмотренное устройство (Patent US 7,146,937 В2) является наиболее близким к предлагаемому техническому решению - принято за прототип.
Техническим результатом изобретения является повышение давления получаемой парогазовой смеси более 1 ати.
Указанный результат достигается тем, что у парогенератора, состоящего из корпуса, содержащего камеру сгорания, камеру смешения, предназначенную для приема дымовых газов из камеры сгорания, и устройства впрыска воды, выполненного в виде водяного сопла, расположенного на оси камеры сгорания, камера смешения представляет собой трубу Вентури.
На чертеже представлен продольный разрез парогенератора, где 1 - подвод питательной воды; 2 - водяной корпус; 3 - соединительный трубопровод; 4 - насос; 5 - горелка; 6 - водяное сопло; 7 - паропровод.
Зона I (зона газообразования) - зона образования дымовых газов (камера сгорания);
Зона II (зона разгона) - зона разгона дымовых газов и снижения давления потока (конвергентная часть трубы Вентури, камера смешения);
Зона III (зона парообразования) - зона вскипания впрыскиваемой воды, роста давления и компенсации затрат энергии на парообразование (дивергентная часть трубы Вентури, камера смешения).
Устройство работает следующим образом.
Питательная вода поступает в водяной корпус 2 через подвод питательной воды 1 с минимальным давлением или без него. Далее вода по соединительному трубопроводу 3 через насос 4 попадает в водяное сопло 6. Там питательная вода перегревается (нагревается до температуры более 100°С), однако избыточное давление в водяном сопле 6, созданное насосом 4, не дает воде закипеть. Поскольку перегрев воды происходит именно в водяном сопле 6, исключается вероятность кавитации в насосе 4.
При впрыске перегретая вода мгновенно испаряется. Разгон дымовых газов в конвергентной части трубы Вентури, образованной стенками камеры смешения, приводит к снижению давления в зоне выходного сечения водяного сопла 6. В зависимости от режима работы парогенератора возможно создание разряжения в зоне выходного сечения водяного сопла 6 за счет импульса струи воды (пара). В этом случае дымовые газы инжектируются рабочим потоком воды (пара). Затраты энергии в зоне III (зоне парообразования) компенсируются потоком дымовых газов. Для повышения статического давления дымовых газов, с одной стороны, и исключения блокирования канала вследствие бурного парообразования с другой впрыск производится именно в узкой части трубы Вентури. Таким образом, зона III (зона парообразования) приходится на дивергентную часть трубы Вентури.
Установка водяного сопла 6 по оси парогенератора позволяет максимально использовать энергию потока пара и значительно увеличить кинетическую энергию потока продуктов сгорания.
Подвод питательной воды 1 располагается сверху, в стороне, противоположной точке подключения соединительного трубопровода 3. Такая схема подключения позволит организовать течение воды по водяному корпусу 2 с минимальным количеством зон пониженной циркуляции. Установка насоса 4, нагнетающего воду в водяное сопло 6, позволяет эксплуатировать парогенератор без привязки к водопроводу высокого давления, заполнять водяной корпус 2 водой до розжига горелки 5 и использовать тонкостенный водяной корпус 2, так как давление в нем будет минимальным. Высокое давление (>3 ати) будет создаваться насосом 4 только в водяном сопле 6.
При снижении теплообмена с питательной водой в водяном корпусе 2 и водяном сопле 6 (отложении накипи) или в случае падения давления газа (снижения тепловой мощности горелки) зона III несколько растянется и перейдет в паропровод 7. В этом случае водяная струя испарится не сразу, тем не менее, поток дымовых газов испарит остатки воды, хотя перегрев получаемой парогазовой смеси несколько снизится. Таким образом, даже при длительной эксплуатации и нарушении режима работы параметры (давление и температура) получаемой парогазовой смеси останутся в заявленных пределах.
Конструкция парогенератора допускает его эксплуатацию в любом положении: как в горизонтальном, так и вертикальном.