СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
MIXING HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к смесительным теплообменным аппаратам.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является техническое решение по патенту РФ №2488059, C02B 1/10, содержащее корпус, систему орошения с форсунками, подвод паровоздушной смеси, вентилятор (прототип).
Недостатком известного способа является сравнительно невысокая эффективность из-за невысокой степени распыла жидкости форсунками.
Технический результат - повышение производительности процесса смесительного теплообмена в аппарате.
1
2
3
2
Это достигается тем, что в смесительном теплообменнике, состоящем из сварного стального корпуса прямоугольного сечения, выполненного из нержавеющей стали, по высоте которого размещена планочная насадка с распределительными планками, расположенными под определенным углом к вертикальной оси аппарата, а в верхней части корпуса находится система подвода оросительной холодной воды с форсунками, подводящим трубопроводом и регулирующим клапаном, при этом стенки корпуса покрыты тепловой изоляцией, а нижняя секция теплообменника представляет собой сборник нагретой воды, в котором установлены трубки, предназначенные для отвода нагретой воды, регулятор уровня и переливная трубка, а для подвода паровоздушной смеси служит патрубок, установленный в нижней части корпуса, из которой осуществляется отвод горячей воды через трубки, запорный вентиль и обратный клапан, каждая из форсунок системы подвода оросительной холодной воды содержит корпус с камерой завихрения и сопловый вкладыш, при этом корпус выполнен со впускным патрубком, имеющим отверстие, соосной с ним входной цилиндрической камеры, камеры завихрения, расположенной коаксиально по отношению к входной камере и выполненной в виде цилиндрического стакана, имеющего на боковой поверхности, по крайней мере, три тангенциально расположенных отверстия, оси которых расположены касательно по отношению к камере завихрения, т.е. имеет место многоканальный тангенциальный ввод, а соосно камере завихрения расположен сопловый вкладыш с внешним диаметром D, внутри вкладыша выполнены последовательно расположенные и соосные друг другу и цилиндрической поверхности камеры завихрения три калиброванных отверстия: коническое отверстие с диаметром D нижнего основания усеченного конуса, центральное цилиндрическое отверстие диаметром d и выходное коническое отверстие с диаметром d нижнего основания усеченного конуса, при этом диаметр d центрального цилиндрического отверстия соплового вкладыша равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия и диаметру верхнего основания усеченного конуса выходного конического отверстия.
На фиг.1 изображена схема смесительного теплообменника, на фиг.2 - схема форсунки системы подвода оросительной холодной воды, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.
Смесительный теплообменник (фиг.1) состоит из сварного стального корпуса 1 прямоугольного сечения, выполненного из нержавеющей стали. По высоте теплообменника размещена планочная насадка с распределительными планками 2, расположенными под определенным углом к вертикальной оси аппарата, а в верхней части корпуса находится система подвода оросительной холодной воды с форсунками 4, подводящим трубопроводом 10 и регулирующим клапаном 9. Для доступа внутрь теплообменника одна из стенок каждой секции выполнена съемной, стенки теплообменника покрыты тепловой изоляцией (на чертеже не показано). Нижняя секция теплообменника представляет собой сборник 3 нагретой воды, в котором установлены трубки 5, предназначенные для отвода нагретой воды. В сборнике 3 нагретой воды установлен регулятор уровня 11 и переливная трубка 6. Для подвода паровоздушной смеси служит патрубок 7. Из нижней секции теплообменника осуществляется отвод горячей воды через трубки 5, запорный вентиль 8, обратный клапан 12.
Центробежная форсунка 4 (фиг.2 и 3) системы подвода оросительной холодной воды состоит из корпуса 13 со впускным патрубком 16, имеющим отверстие 15, соосной с ним входной цилиндрической камеры 21, камеры завихрения 23, расположенной коаксиально по отношению к входной камеры 21 и выполненной в виде цилиндрического стакана 14, имеющего на боковой поверхности, по крайней мере, три тангенциально расположенных отверстия 22, оси которых расположены касательно по отношению к камере завихрения 23, т.е. имеет место многоканальный тангенциальный ввод.
1
2
3
2
2
Соосно камере завихрения 23 расположен сопловый вкладыш 17 с внешним диаметром D, выполненный из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира. Внутри вкладыша выполнены последовательно расположенные и соосные друг другу и цилиндрической поверхности камеры завихрения 23 три калиброванных отверстия: коническое отверстие 18 с диаметром D нижнего основания усеченного конуса, центральное цилиндрическое отверстие 19 диаметром d и выходное коническое отверстие 20 с диаметром d нижнего основания усеченного конуса. При этом диаметр d центрального цилиндрического отверстия 19 соплового вкладыша 17 равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия 18, а также при этом диаметр d центрального цилиндрического отверстия соплового вкладыша равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия 18 и диаметру верхнего основания усеченного конуса выходного конического отверстия 20.
2
3
2
Внутри вкладыша 17 выполнены последовательно расположенные и соосные друг другу и цилиндрической поверхности камеры завихрения три калиброванных отверстия: коническое отверстие с диаметром D нижнего основания усеченного конуса, центральное цилиндрическое отверстие 19 диаметром d и выходное коническое отверстие 20 с диаметром d нижнего основания усеченного конуса, при этом диаметр d центрального цилиндрического отверстия соплового вкладыша равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия 18 и диаметру верхнего основания усеченного конуса выходного конического отверстия 20.
Для работы форсунки в оптимальном режиме предусмотрены следующие соотношения ее параметров:
3
2
3
2
отношение диаметра d выходного конического отверстия 20 соплового вкладыша 17 к диаметру d центрального цилиндрического отверстия 19 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,5÷2,5;
1
1
отношение внешнего диаметра D соплового вкладыша 17 к диаметру D нижнего основания усеченного конуса конического отверстия 18 вкладыша 17 лежит в оптимальном интервале величин: D/D=1,2÷1,8.
Смесительный теплообменник работает следующим образом.
Паровоздушная смесь по воздуховоду 7 поступает в теплообменник, где отдает теплоту технической воде, а затем удаляется в атмосферу. С помощью форсунок 4, расположенных в верхней части теплообменника, разбрызгивается холодная вода, которая стекает вниз по распределительным планкам 2, дробясь на мелкие капли, и нагревается за счет теплообмена с паровоздушной смесью. Нагретая вода собирается в нижней части 3 теплообменника и затем по отводящему трубопроводу 5 направляется в технологическую цепочку на промывные цели. На трубопроводе 5 установлены запорный вентиль 8 и обратный клапан 12. Постоянный расход воды в теплообменнике поддерживается с помощью регулирующего клапана 9, установленного на подводящем трубопроводе 10. Регулирование расхода воды осуществляется регулятором уровня 11, подключенного в электрическую цепь управления приводом клапана (на чертеже не показано).
Жидкость подается по впускному отверстию 15, затем проходит во входную цилиндрическую камеру 21 и поступает по многоканальному тангенциальному вводу через отверстия 22 в камеру завихрения 23, выполненную в виде цилиндрического стакана 14. Вращающийся поток жидкости из камеры завихрения 23 проходит через калиброванное коническое отверстие 18 соплового вкладыша 17, центральное цилиндрическое отверстие 19 и выходное коническое отверстия 20 соплового вкладыша 17, в результате чего образуется факел распыленной жидкости, корневой угол которого определяется величиной угла при вершине конуса выходного конического отверстия 20 соплового вкладыша 17.
Предложенная конструкция широкофакельной форсунки с диаметром центрального цилиндрического отверстия 19, равным 9 мм, при рабочих давлениях жидкости 150…250 кПа обеспечивает угол раскрытия водяного факела до 150° и сохраняет устойчивость факела при давлении жидкости перед форсунками от 40 кПа и выше, при этом производительность форсунки зависит от давления жидкости на входе впускного отверстия.