КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
OPEN-TYPE HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к 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 контактного теплообмена в аппарате.
1
2
3
2
Это достигается тем, что в контактном теплообменнике с активной насадкой, состоящем из корпуса с опорной рамой, изготавливаемого из листовой стали, системы орошения с форсункой, каплеотделителя, активной насадки, выполненной в виде пучка труб, патрубка входа дымовых газов, патрубка выхода дымовых газов, верхней и нижней опорных решеток, патрубка выхода горячей воды, верхнего и нижнего люков для осмотра аппарата, каждая из форсунок системы орошения 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 мгогоканальный 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 контактного теплообменника с активной насадкой, на фиг.2 - схема форсунки системы орошения, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.
Контактный теплообменник с активной насадкой - это аппарат рекуперативно-смесительного типа, который имеет некоторые преимущества перед контактными аппаратами с пассивной насадкой, так как нагреваемая среда (вода) не имеет прямого контакта с дымовыми газами и не загрязняется, гидродинамическое сопротивление аппарата меньше. По сравнению с рекуперативными теплообменниками коэффициент теплообмена газоводяной смеси с поверхностью труб в нем выше, что существенно уменьшает его поверхность.
Контактный теплообменник с активной наеадкой (фиг.1) состоит из корпуса 1 с опорной рамой 5, изготавливаемого из листовой стали, системы орошения 8 с форсункой, каплеотделителя 6, активной насадки 4, выполненной в виде пучка труб, патрубка 3 входа дымовых газов, патрубка 7 выхода дымовых газов, верхней 9 и нижней 11 опорных решеток, патрубка 2 выхода горячей воды, верхнего 10 и нижнего 12 люков для осмотра аппарата.
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
3
2
3
2
1
1
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: 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; 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.
Контактный теплообменник с активной насадкой работает следующим образом.
3
3
Дымовые газы на входе в контактный аппарат увлажняются, затем происходят нагрев орошающей воды и одновременная конденсация водяных паров из дымовых газов. Нагретая вода и конденсат служат промежуточными теплоносителями при передаче теплоты от дымовых газов к нагреваемой воде, циркулирующей в пучке труб. Последний, с одной стороны, представляет собой теплопередающую поверхность, с другой - выполняет роль насадки, создающей развитую поверхность контакта орошающей воды и уходящих газов. Расход орошающей воды составляет 6-8 м/ч на 1 м площади сечения насадки.
Насадка 4 может иметь несколько независимых рядов горизонтальных трубок, которые объединяются своими коллекторами, что позволяет нагревать в аппарате различные потоки воды. Контактные аппараты можно применять для утилизации теплоты не только дымовых газов, но и паровоздушной смеси от сушильных установок. Их использование в тепловых схемах промышленных котельных по сравнению с традиционными решениями дает экономию топлива 7-12%, экономию капитальных вложений в систему теплоснабжения 5-15% и экономию эксплуатационных затрат 5-15%.
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.
Форсунка с диаметром центрального 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 от 40 кПа и выше.