ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ГАЗОВЫЙ
GAS HEAT GENERATOR

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть применено для генерирования газопаровой смеси как теплоносителя для различных технологических целей.
Известны теплогенерирующие установки, в которых продукты сгорания топлива, омывая поверхности теплообмена, нагревают и испаряют воду, полученный пар является высокопотенциальным теплоносителем, используемым для различны производственных нужд. Парогенераторы (паровые котлы) различных конструкций исторически получили значительное распространение в промышленности. Однако им присущи такие недостатки как: значительная материалоемкость, габаритные размеры и наличие потерь теплоты с уходящими газами, обусловленных физикой процесса теплообмена, который не может протекать от менее нагретого тела к более нагретому, а в практическом плане также площадью поверхности теплообмена и минимально допустимой температурой уходящих газов по условиям конденсатной коррозии тракта дымовых газов. В ряде случаев, допустимо применение вместо водяного пара смеси последнего и продуктов сгорания топлива, что позволяет организовать теплообмен путем непосредственного контакта воды с продуктами сгорания, то есть поверхностью теплообмена является поверхность капель воды, которая тем больше, чем более тонкий распыл воды в потоке продуктов сгорания. Это обстоятельство позволяет значительно сократить габаритные размеры теплогенератора и исключить потери с уходящими газами.
Аналогом изобретения является 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).
Прототипом изобретения является парогенератор (Патент РФ 2396485), состоящий из корпуса, заполненного водой, содержащего в себе камеру сгорания и устройство впрыска воды, выполненного в виде водяного сопла, расположенного на оси камеры сгорания, а также камеры смешения, предназначенной для приема дымовых газов из камеры сгорания, представляющую собой трубу Вентури. В данном парогенераторе тонко распыленная при помощи форсунки вода испаряется в камере смешения, в результате чего образуется газопаровая смесь. Вода в корпусе находится под малым давлением, затем при помощи насоса давление воды повышается до необходимого для впрыска в камеру смешения.
Данная схема имеет некоторые недостатки: отсутствует возможность реализовать значительную степень перегрева воды в контуре высокого давления, так как площадь поверхности теплообмена гораздо меньше, чем поверхности теплообмена контура низкого давления, данное обстоятельство является препятствием повышения тонкости распыла, быстроты испарения капель и, соответственно, производительности при тех же габаритных размерах; водяная рубашка имеет сложную форму и не технологична в изготовлении; разделение хода воды на контуры низкого и высокого давлений, проистекающее из конструкции водяной рубашки, требует обязательного расположения питательного насоса непосредственно в блоке с установкой; затруднена очистка водяного тракта от отложений накипи.
Усовершенствование заключается в том, что камера сгорания в сборе с горелкой расположена на одной оси с камерой смешения, а корпус теплогенератора выполнен таким образом, что между его стенкой и стенкой камеры сгорания образуется зазор, являющийся каналом течения воды под высоким давлением, которая затем впрыскивается в конце камеры сгорания через отверстия соплового блока впрыска воды. Горелка состоит из горелочной головки с наружной резьбой, газораспределительной камеры, образованной чашеобразным расширением камеры сгорания теплогенератора, имеющим внутреннюю резьбу для присоединения горелочной головки, а также соплового блока ввода газа, который представляет собой сопловое кольцо, имеющее косой торцевой срез с канавками, служащими ввода газа в канал течения воздуха; кольцо вкладывается в посадочную втулку на дне чашеобразного расширения камеры сгорания, имеющую так же косой торцевой срез, и фиксируется затяжкой резьбового соединения головки с газораспределительной камерой. Сопловой блок впрыска воды образован, аналогично, косым срезом камеры сгорания, на который насаживается сопловое кольцо с косым срезом, снабженным канавками, служащими для ввода воды в канал течения продуктов сгорания, а также торцевой стенкой корпуса с внутренней резьбой и торцом камеры смешения с наружной резьбой для присоединения камеры смешения к камере сгорания и фиксации соплового кольца.
Техническим результатом является обеспечение надежного функционирования теплогенератора, высокая производительность при малых габаритных размерах, технологичность в изготовлении и техническом обслуживании.
Технический результат достигается за счет того, что что генератор газопаровой смеси имеет разъемную, на резьбовом соединении, водоохлаждаемую камеру сгорания с горелкой, выполненной в виде кольцевой газораспределительной камеры, в которую вложено и, затяжкой резьбового присоединения горелочной головки, зафиксировано в посадочной втулке с косым срезом, сопловое кольцо с косым срезом, на который нанесены канавки подачи газа, а тракт впрыскиваемой воды состоит из пространства между корпусом и камерой сгорания, и соплового блока, образованного сопловым кольцом с косым срезом, на который нанесены канавки подачи воды, вкладываемым между косым срезом камеры сгорания и головкой камеры смешения, и фиксируемым прижатием последней посредством затяжки резьбового соединения.
Схема газового теплогенератора представлена на фиг. 1. В торце горелочной головки 1 расположена гляделка 2 для контроля пламени; сбоку горелочной головки имеется штуцер 3 для присоединения пневматического рукава для подвода воздуха. Для розжига горелки 4 в стенке камеры сгорания 5, следом за газораспределительной камерой 6 со штуцером 7, имеется резьбовое гнездо для свечи зажигания 8. Свеча зажигания получает питание от магнето или батарейного блока зажигания 9, который может быть закреплен на корпусе 10 теплогенератора. Корпус сопрягается с камерой сгорания с головного торца через чашеобразную вводную камеру 11 со штуцером 12, через которую в зазор между корпусом и камерой сгорания подается вода. Головной торец камеры сгорания заканчивается косым срезом, являющимся втулкой для соплового кольца 13 горелки; следом за срезом на внутренний корпус запрессовывается и приваривается чаша 14 газораспределительной камеры. Камера сгорания имеет три центровочных выступа 15 для фиксации ее концевого среза относительно соплового кольца 16 узла впрыска воды а также корпуса. Сопловое кольцо узла впрыска воды устанавливается в посадочный район головки 17 камеры смешения 18. Головка 17 камеры смешения снабжена резьбой и контргайкой.
Для контроля контроля параметров газопаровой смеси, камера смешения снабжается бобышками 19 и 20 под термометр и манометр (либо термопару и датчик давления) соответственно, а корпус - бобышкой 21 для термометра (термопары) контроля температуры впрыскиваемой воды.
Теплогенератор работает следующим образом. В горелку подается сжатый воздух, и, через сопла газораспределительной камеры, газовое топливо. Производится розжиг горелки при помощи свечи зажигания. Наличие пламени контролируется визуально, либо посредством фотодатчика. В камере сгорания происходит сжигание топливовоздушной смеси под избыточным давлением. Затем продукты сгорания попадают в головку камеры смешения. На этом участке происходит впрыск воды, подводимой к соплам по зазору между корпусом теплогенератора и камерой сгорания, и разогретой за счет теплоотвода от нагретых стенок камеры сгорания. Мелко распыленная перегретая вода взрывообразно вскипает, образуются струи пароводяной смеси, которые на протяжении камеры смешения окончательно перемешиваются с продуктами сгорания, происходит доиспарение крупных капель и образуется однородная газопаровая смесь с заданными параметрами. Температура газопаровой смеси может регулироваться путем изменения расхода впрыскиваемой воды. Для регулирования давления газопаровой смеси достаточно изменить давление воздуха и газа.