УТИЛИЗАЦИОННЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ
EXHAUST-GAS WATER HEATER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котельных и на тепловых станциях, работающих на твердом топливе, для снижения температуры уходящих газов, с получением горячей воды для бытовых и производственных нужд.
Известен контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий корпус с контактной камерой, над которой установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу холодной воды, надтопочный диск внутри корпуса и топочную камеру, причем водопитательная емкость, размещенная вокруг топки, сообщена через переливные трубы с эрлифтным устройством (а.с. 918705, СССР).
Известный водонагреватель сложный по конструкции и работа его на отходящих горячих газах неэффективна.
Известен глушитель шума для двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус и размещенные в нем перфорированные и сплошные поперечные перегородки, соединенные между собой патрубками, образующие резонансные камеры (а.с. 371354, СССР).
Конструкция известного глушителя шума для нагрева воды не предназначена.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является утилизационный водонагреватель, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлен газоходный ствол, кольцевые распылители и диски (патент РФ 2194223).
Известный водонагреватель предназначен для получения горячей воды для производственных нужд, т.е. в нем возможно содержание твердых частичек продуктов сгорания, а также не предусмотрена в его конструкции деаэрация воды.
Технический результат заключается в упрощении конструкции, расширении функциональных возможностей, обескислороживании горячей воды на производственные нужды, все это обеспечивается за счет того, что в утилизационном водонагревателе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого размещен газоходный ствол, змеевик, емкость и распылитель, согласно изобретению газоходный ствол по высоте разделен на перфорированные перегородки, верхние и нижние с отверстиями в каждой, прикрепленные снаружи к стволу. Имеются вертикальные патрубки внутри, соединяющие перегородки между собой, верхний патрубок, закрепленный между двумя верхними перегородками, контактирует со стаканом, установленным с зазором вверх дном и имеющим радиальные отверстия. Средний патрубок, закрепленный между двумя нижними перегородками, имеет пакет витой металлической стружки, а нижний патрубок нижней частью прикреплен к крышке емкости, а верхней частью закреплен в центре нижней перегородки, имеет внизу радиальные отверстия и пакет витой металлической стружки. Корпус и газоходный ствол установлены на цилиндрической емкости, сообщенной слева сбоку через патрубок с вентилем с потребителем горячей воды на производственные нужды, а справа через обводной патрубок, электронасос и змеевик, размещенный в корпусе на кольцевой полке, она сообщена с верхним обводным патрубком, имеющим вентиль и соединенным трубопроводом с кольцевым распылителем. Газоходный ствол пневматически связан через нижний горизонтальный патрубок, тангенциально прикрепленный к вихревой газовой камере, размещенной в нижней части ствола, с технологическим агрегатом, а верхний газоходный патрубок соединен с дымососом. Перфорированные перегородки прикреплены внутри газоходного ствола с постепенным на 0,25 увеличением книзу расстояния между ними.
На фиг.1 представлен утилизационный водонагреватель, в разрезе; на фиг.2. показано сечение по А-А фиг.1.
Утилизационный водонагреватель содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, крышку 2 с верхним газоходным патрубком 3 и фланцем 4, входной водяной патрубок 5 с вентилем 6 и выходной водяной патрубок 7 с вентилем 8. Внутри корпуса 1 расположен газоходный ствол 9, сообщенный через нижний горизонтальный патрубок 10 с фланцем 11 с технологическим агрегатом (не показан).
Корпус 1 и газоходный ствол 9 установлены на цилиндрической емкости 12, сообщенной слева сбоку через патрубок 13 с вентилем 14 с потребителем горячей воды на производственные нужды, а справа через обводной патрубок 15, электронасос 16 и змеевик 17, размещенный в корпусе на кольцевой полке 18, она сообщена с верхним обводным патрубком 19, имеющий вентиль 20, соединенный с трубопроводом 21 и кольцевым распылителем 22. Подпиточный трубопровод 23 с вентилем 24 соединен гидравлически с обводным патрубком 19, а патрубок 5 с вентилем 6 соединен с корпусом 1 в его верхней части. Трубопровод 23 и патрубок 5 сообщены с системой холодного водоснабжения (не показана).
Газоходный ствол 9 по высоте разделен на перфорированные перегородки, верхние 25 и нижние 26 с отверстиями 27 в каждой, прикрепленные снаружи к стволу 9 и имеющие вертикальные патрубки 28, 29 и 30, внутри соединяющие перегородки между собой. К вихревой газовой камере 31, размещенной в нижней части ствола 9, тангециально прикреплен нижний газоходный патрубок 10. Верхний патрубок 28, закрепленный между двумя верхними перегородками 25, контактирует со стаканом 32, установленным с зазором вверх дном и имеющим радиальные отверстия 33. Средний патрубок 29, закрепленный между двумя нижними перегородками 26, имеет внутри пакет витой металлической стружки 34, размещенной, например, в дырчатой металлической корзине (не показана). Нижний патрубок 30 нижней частью закреплен в крышке 35 емкости 12, а верхней частью закреплен в центре нижней перегородки 26, имеет внизу радиальные отверстия 36 и пакет витой металлической стружки 37 в металлической корзине или без нее. Металлическая стружка отбирает от проходящей через нее воды кислород, постепенно окисляется и требует периодической замены.
Нижняя смесительная камера 38 размещена между двумя нижними перегородками 26 и сообщена снизу с вихревой камерой 31 пневматически через отверстия и сверху, с нижней контактной камерой 39 гидравлически. Верхняя смесительная камера 40 размещена между нижней контактной камерой 39 и верхней контактной камерой 41 и сообщена с ними пневматически и гидравлически. В нижней части емкости 12 установлен шламосборник 42, через отверстия 43 сообщенный гидравлически с емкостью 12, а через вентиль 44 с системой сбора шлама (не показана). Верхний газоходный патрубок 3 фланцем 4 прикреплен к дымососу (не показан). Перфорированные перегородки 25 и 26 прикреплены внутри газоходного ствола 9 с постепенным на 0,25 увеличением книзу расстояния между ними.
Предлагаемый водонагреватель работает следующим образом, в зависимости от режимов.
1. Режим получения горячей воды для производственных нужд. Включается в работу дымосос, открывают вентили 14, 20 и 24. Вентили 6 и 8 должны быть закрыты. Горячие запыленные дымовые газы через патрубок 10 устремляются в вихревую камеру 31, приобретая вращательное движение. Здесь в камере 31 газы отдают тепло воде, размещенной в емкости 12, через ее крышку 35, патрубку 30 с пакетом стружки 37, а также теряют частички золы и сажи. В закрученном виде газы через отверстия 27 вырываются в нижнюю смесительную камеру 38, где встречаются со струйками горячей воды. Далее газы через отверстия 27 и патрубок 29 попадают в нижнюю контактную камеру 39, а затем в верхнюю смесительную камеру 40 и контактную камеру 41, встречаются со струйками холодной воды, выбрасываемыми из кольцевого распылителя 22, и уходят охлажденные через газоходный патрубок 3 к дымососу. Холодная вода из распылителя 22, контактируя со струйками газа в камерах 41, 40, 39 и 38, постепенно нагревается до температуры 70-80°С, а проходя через пакеты стружки, размещенные в патрубках 29 и 30, обескислораживается и собирается в емкости 12. Через патрубок 13 и вентиль 14 горячая обескислороженная вода расходуется на подпитку паровых котлов и тепловых сетей. При эксплуатации водонагревателя отверстия 27 в перегородках 25 и 26 могут постепенно засориться золой. Газы под своим напором в данном случае открывают стакан 32 от перегородки 25 вверх и вырываются через отверстия 33 в стакане 32 и уходят в патрубок 3 к дымососу. Температура уходящих газов увеличивается на 10-15°С, а температура горячей воды снижается. Промывка ствола 9, камер и перегородок производится следующим образом. Прекращается подача дымовых горячих газов в патрубок 10, останавливается дымосос. Открываются вентиль 44 шламосборника 42, вентили 24 и 20 подачи холодной воды в распылитель 22. Струйки воды при закрытом стакане 32 устремятся через отверстия 27 в перегородках 25 и 26 в камеры 41, 40, 39, 38 и 31, затем через отверстия 36 в патрубке 30 грязная вода поступит в емкость 12 и через отверстия 43 и вентиль 44 вытечет в систему сбора шлама. Промывка продолжается до чистой воды, поступающей в систему сбора шлама. После промывки водонагревателя также производят замену стружечных пакетов 34 и 37 в патрубках 29 и 30. Постепенное увеличение расстояния между перегородками 25 и 26 книзу позволяет снизить засор отверстий 27 и увеличить теплоотдачу газами холодной воде.
2. Режим получения горячей воды для бытовых нужд. Включается в работу дымосос, открывают вентили 6 и 20. Вентили 14 и 24 должны быть закрыты. Включают в работу электронасос 16. Вода из емкости 12 забирается электронасосом 16, прогоняется им через змеевик 17, верхний обводной патрубок 19, трубопровод 21 и поступает в кольцевой распылитель 22. Из распылителя 22 холодная вода через отверстия 27 в перегородках 25 и 26 поступает в камеры 41, 40, 39, 38 и через патрубок 30 с пакетом стружки 37 снова поступает в емкость 12, далее процесс повторяется. Горячие запыленные дымовые газы через патрубок 10 при включенном дымососе будут двигаться вверх навстречу падающей струйками воды и нагревать ее до температуры 80-90°С. Тепло воде, поступающей из системы холодного водоснабжения через патрубок 5 в кольцевое пространство между стволом 9 и корпусом 1, передается от змеевика 17, а также от нижней части ствола 9 от камер 31 и 38. После нагрева воды открывают вентиль 8. Качество воды, поступающей к потребителю через патрубок 7 и вентиль 8, отвечает санитарным нормам и может расходоваться на бытовые нужды. При засоре перегородок 25 и 26 золой промывку водонагревателя производят, как и в предыдущем режиме. Периодически в период эксплуатации водонагревателя вентили 44, 24 и 20 открывают, а через 3-5 минут закрывают.
3. Режим получения горячей воды для бытовых и производственных нужд. В этом режиме открывают вентили 6, 8, 14, 20 и 24, включают в работу дымосос и электронасос 16. Процесс нагрева воды горячими газами повторяется, как и в предыдущих режимах. На ночь электронасос 16 отключают. В этом режиме желательно водонагреватель полностью автоматизировать для получения потребителями температуры воды требуемых значений. Использование водонагревателя для получения горячей воды как на производственные, так и на бытовые нужды расширяет его функциональные возможности.
В конструкции предлагаемого водонагревателя осуществлено встречное движение горячих газов и холодной воды. Наличие вихревой камеры позволяет частично избавиться от включений золы в дымовых газах и увеличить процесс теплоотдачи их через стенки ствола и перфорированные перегородки воде. Простота устройства, компактность, возможность использования конструкции водонагревателя как контактного с установкой в патрубке 10 газовой горелки позволяет применять его в различных отраслях народного хозяйства.