КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР
CONTACT HEAT REGENERATOR

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в установках для нагрева воды уходящими дымовыми газами котельных или тепловых агрегатов.
Известен контактный теплоутилизатор, содержащий вертикальный корпус с патрубками для подвода и отвода теплообменных сред, установленную между ними контактную насадку с оросителем, регулирующую заслонку и перфорированное конусное кольцо с центральным газоперепускным патрубком (Патент RU №2275559 С1. Опубл. 27.04.06. Бюл. №12).
В известном контактном теплоутилизаторе выходящие газы в виде тумана содержат значительное количество влаги. Каплеуловитель обладает значительным гидравлическим сопротивлением из-за завышенного объема насадки. Из-за выпадения конденсата из тумана на поверхностях труб известны случаи разрушения дымовых труб котельных.
Известен контактный теплоутилизатор, содержащий вертикальный корпус с патрубками для подвода и отвода теплообменных сред, установленную между ними контактную насадку с оросителем, по высоте которой вмонтирована перепускная труба с регулирующей заслонкой, и перфорированное конусное кольцо с центральным газоперепускным патрубком (А.с. SU №1231330, 15.05.86, Бюл. №18).
Наличие перепускной трубы в насадке увеличивает теплообмен между ними и уменьшает гидравлическое сопротивление. Регулируемая заслонка позволяет регулировать процесс теплообмена, что увеличивает кпд установки. Водяной пар в состоянии насыщения уходит с газами в дымовую трубу. Вышеперечисленные недостатки аналога присутствуют и в данном изобретении.
Задачей изобретения является повышение эффективности путем интенсификации тепломассообмена и максимальной конденсации водяных паров при использовании их охлаждения через насадку.
Поставленная цель достигается тем, что в контактном теплоутилизаторе, содержащем вертикальный корпус патрубками для подвода и отвода теплообменных сред, установленную между ними контактную насадку с оросителем, по высоте которой вмонтирована перепускная труба с регулирующей заслонкой, и перфорированное конусное кольцо с центральным газоперепускным патрубком, патрубок для отвода теплообменной среды размещен в контактной насадке и выполнен в виде стакана, на котором смонтированы теплообменные элементы, расположенные рядами по высоте контактной насадки. В патрубок для отвода теплообменной среды вмонтирована перепускная труба с образованием между их стенками кольцевого зазора, открытый конец которой обращен в сторону дна стакана. Проходное сечение отверстий конусного кольца выполнено уменьшающимся к стенке корпуса.
На фиг.1 изображен контактный теплоутилизатор; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Контактный теплоутилизатор содержит вертикальный корпус 1 с нижним патрубком 2 для подвода теплообменной среды, камерой 3 теплообмена с контактной насадкой и оросителем 4. Над оросителем 4 установлена камера 5 каплеуловителя с контактной насадкой 6. Патрубок 7 предназначен для отвода охлажденного и очищенного газа. Между патрубками подвода и отвода теплообменных сред 2 и 7 помещены камеры 3 и 5 теплообмена и каплеуловителя с насадкой 6 и оросителем 4. В насадке 6 размещен отводящий патрубок 8 в виде стакана для отвода теплообменной среды (нагретого хладагента). В отводящий патрубок 8 над его дном вмонтирована перепускная труба 9 с образованием кольцевого зазора 10 между их стенками. Открытый конец перепускной трубы 9 обращен в сторону дна 11 стакана патрубка 8. Перепускная труба 9 сообщается на входе с источником подвода хладагента, а на выходе с кольцевым зазором 10. На стенках стакана 8 смонтированы теплообменные элементы 12 рядами по высоте насадки 6 каплеуловителя. Конусное кольцо 13 с центральным газоперепускным патрубком установлено над насадкой 14 камеры теплообмена 3. Для исключения застойных зон теплообмена это конусное кольцо 13 снабжено перфорацией или в виде сетки с проходным сечением отверстий, выполненным уменьшающимся к стенке корпуса.
Теплоутилизатор работает следующим образом. Теплообменная среда в виде горячего газа по патрубку 2 подается внутрь корпуса 1. Поступая в насадку 14 камеры 3 теплообмена, горячий газ отдает свое тепло движущейся навстречу воде. При этом организация направления основного потока охлаждаемого газа осуществляется проходным сечением кольца 13.
Увлажненный газ поступает в насадку 6 каплеуловителя, где происходит осаждение капель влаги, которые струйками стекают в камеру 3 теплообмена. Погруженные в насадку 6 теплообменные элементы 11 отбирают часть тепла от влажного газа и передают через стенку отводящего патрубка 8 циркулирующей теплообменной среде (охлаждаемому хладагенту). Этот хладагент подается через перепускную трубу 9 и, после прохождения по кольцевому зазору 10, выводится из патрубка 8. Обеспечение циркуляции охлаждаемого хладагента усиливает отток тепла от насадки 6 каплеуловителя. Регулирование подачи хладагента в зависимости от теплообменных процессов в насадках 6 и 14 камер 5 и 3 каплеуловителя и теплообмена обеспечивается задвижкой 16. Охлажденный газ через контактную насадку 6 отводится по патрубку 7.
Холодная вода из оросителя 4 подается равномерно по сечению корпуса 1. Основной поток воды проходит через проходное сечение кольца 13. Попадая на кольцо 13, часть воды протекает через его перфорацию, что предотвращает образование застойных зон у стенок насадки. Стекая на насадку 14 в виде тонкой пленки, вода подогревается восходящим потоком охлаждаемых газов. Нагретая вода стекает в водосборник 15 и отводится по назначению.
Конденсация паров происходит на поверхности насадки теплоутилизатора при ее охлаждении. Крепление теплообменных элементов 11 рядами по высоте насадки 6 каплеуловителя к отводящему патрубку 8 позволяет охладить насадку и проходящий через нее влажный газ. Обеспечение циркуляции хладагента в патрубке 8 при помощи перепуской трубы 9 усиливает отток тепла от влажного газа к насадке 6 каплеуловителя. Это способствует термической конденсации субмикронных капелек (менее 10 мкм) газообразных составляющих в процессе охлаждения тумана и образования пленки жидкости и стекания ее в виде струек или укрупненных капелек, перемещающихся внутри насадки под действием силы тяжести без действия каких либо механических воздействий.
Таким образом, высокая эффективность улавливания водяных паров и надежность в работе аппарата обеспечивается простыми в изготовлении и использовании устройствами. Происходит очистка тонкодисперсных туманов до регулируемой остаточной концентрации. Размещение теплообменных элементов 12 в слое насадки позволяет уменьшить его объем, что позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление аппарата. Обеспечивается охлаждение продуктов сгорания до такой температуры, при которой удается сконденсировать максимально возможную часть водяных паров, содержащихся в газах, и использовать выделяющуюся при конденсации скрытую теплоту.