ПАРОГЕНЕРАТОР
STEAM GENERATOR

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения водяного пара для турбин и других потребителей.
Известно устройство для получения пара, содержащее камеру сгорания, камеру нагрева и испарения воды, запальное устройство, нагреваемые в камере сгорания поверхности труб (Основы теплотехники, авторы В.С. Охотин и другие. Издание 1984 г., стр. 145 рис. 82, стр. 148 рис. 83).
Известное устройство имеет следующие недостатки:
1) Не может использоваться для получения высокотемпературного пара.
2) Нагрев теплоносителя в камере сгорания производится в пучке труб. Устройство металлоемкое и большие трудности в очистке труб от накипи и сажи.
3) Низкая калорийность от сжигания природного газа.
Известна группа изобретений: патенты №2300049, МПК F22B 1/26, опубликован 05.07.2007 г., №2309325, МПК F22B 1/26, опубликован 27.10.2007 г., №2361146, МПК F22G 1/16, опубликован 10.07.2009 г., №2499952 С2, МПК F22B 1/00, опубликован 27.11.2013 г., содержащих запальное устройство, камеру сгорания и смешения, узел охлаждения камеры сгорания и подвода балластировочной воды, узел подвода горючего.
Указанные устройства имеют следующие недостатки:
1) Не в полной мере обеспечена надежность охлаждения камеры сгорания.
2) Требуются отдельные, вне парогенератора, источники излучения водорода и кислорода, что является сложным, небезопасным и дорогостоящим мероприятием.
Наиболее близким (прототип) является изобретение, патент РФ 2431079 С1, МПК F22B 1/26, опубликованный 20.11.2011 г., содержащее расположенные соосно и последовательно смесительную головку с узлом зажигания, охлаждаемую камеру сгорания, камеру смешения с соплом, внутренние полости которых образуют единый канал, а также магистраль подвода воды с форсунками по оси камеры сгорания, направленные внутрь рабочего канала камеры сгорания.
В указанном изобретении более надежно осуществлено охлаждение камеры сгорания. Но ему присущ недостаток предыдущих парогенераторов, а именно, требуется отдельный от парогенератора источник водорода и кислорода, что является сложным, дорогостоящим, небезопасным мероприятием с низким коэффициентом полезного действия.
Цель изобретения - уменьшить металлоемкость поверхностей нагрева теплоносителя, получить водород и кислород непосредственно в парогенераторе, повысить коэффициент полезного действия при использовании топлива.
Поставленная цель достигается тем, что в известном парогенераторе, включающем запальное устройство, узел подвода воды или водяного пара, камеру для получения водяного пара, включающую камеру сгорания и камеру смешения, выполнены две камеры получения пара, одна из которых для получения низкотемпературного и среднетемпературного пара снабжена реактором ситез-газа, преобразующим низкокалорийный природный газ в высококалорийный синтез газ, полостями нагрева и циркуляции в них воды, боковыми и потолочными, с выступами и впадинами в стенке нагрева, при этом верхняя стенка потолочной полости по краям отделена от боковой стенки кольцевой полостью, выполненной в боковой стенке парогенератора, с выходом нагретой воды из полости перпендикулярно боковой стенке, при этом циркуляция воды в полостях обеспечивается размещением узла подвода воды снизу боковых полостей и по центру потолочной полости, другая камера для получения любого вида пара, в том числе высокотемпературного, снабжена реактором гремучего газа из водорода и кислорода, выполненные из двух соосных труб, изолированных друг от друга и на которые подано высокое напряжение, причем внутренняя труба выполнена с отверстиями в боковых стенках и обе трубы в конце выполнены в виде горелки, ввод пара в них тангенциальный с закруткой в отношении продольной оси, а камера сгорания замкнута в полусферическом пространстве двух других таких же труб, отделенных от камеры сгорания полусферической полостью с охлаждающей водой с форсунками в верхней и нижней части, где форсунки в верхней части распыляют воду вверх и вниз параллельно стенке, а нижние форсунки распыляют воду вверх под углом к центральной оси камеры сгорания и эти трубы соединены с другой камерой сгорания, образованной полусферической полостью с водой и форсунками, а в нижнем основании труб первой камеры сгорания выполнен приемник пара.
Это поясняется на:
фиг. 1 - общий вид;
фиг. 2 - реактор гремучего газа,
где: 1- корпус верхней камеры получения пара, 2 - корпус нижней камеры получения пара, 3, 4- камеры получения пара, 5 - реактор гремучего газа, 6, 7 - трубопроводы подвода пара, 8 - теплообменник-корректор температуры пара, 9 - трубопровод подвода пара, 10 - вентиль расхода пара, 11 - вентиль подачи воды. В корпусе 2 камеры получения пара размещена камера сгорания 12, горелка 13, реактор синтеза-газа 14, боковые полости 15, потолочная полость 16, выемки и выступы 17 на внутренней стороне полостей 15, 16 с трубопроводами подвода воды 18. Верхняя стенка потолочной полости 16 отделена от боковой стенки камеры 2 кольцевой полостью 19. Выход пара из камеры 4 через клапан-регулятор 20 на пароперегреватель пара 21 и далее на турбину 22. Отработанный пар с турбины 22 через конденсор 23, уже в виде воды, насосом 24 подается через трубопроводы воды 25 на реактор 5 и основной поток воды через экономайзер 26, трубопровод 18 подается в полости 15, 16.
В дымоходе 27 размещен топливоподогреватель 28, экономайзер 26. Топливо на реактор синтез-газа 14 и горелку 13 подается с помощью вентилей 29, 30.
На фиг. 2 внешняя труба 31 и соосная внутренняя труба 32, смеситель 33, изоляция 34, запальное устройство 35, водяная камера 36. На внутренних стенках 37 водяных камер 36 размещены верхние форсунки 38 и нижние форсунки 39. Стенки 37 камер 36 образуют камеры сгорания 40 и 41. В нижней части камеры сгорания 40 выполнен приемник пара 42 с выходом в камеру 3. Число реакторов гремучего газа 5 и реакторов синтез-газа 14 в зависимости от мощности парогенератора. Подвод воды для компенсации потерь, и воздуха в горелку 13 не показаны.
Работает парогенератор следующим образом.
2
4
4
2
2
Для запуска работы камеры получения пара 2 топливный газ подается с помощью вентилей только на горелку, предварительно подогретый в топливоподогревателе 28. Подвод воздуха к горелке не показан. После нагрева камеры 12 и реактора синтез-газа 14 подача топлива переключается на реактор 14, куда поступает и водяной пар, отобранный с пароперегревателя 21. В прогретых лабиринтных каналах, стенки которых снабжены катализатором, смесь паров HO и газа, например СН, превращается в синтез-газ СН+HO =СО+3H, калорийность которого как минимум в 2 раза выше природного газа. Вода в полостях 15 и 16 нагревается. Этому способствуют выемки и выступы 17 в тепловоспринимающих поверхностях.
Вода с экономайзера 26 насосом 24 направляется в нижнюю часть полостей 15 и по центру потолочной области 16.
Далее нагретая вода поступает через кольцевой выступ 19 в основную водную часть камеры 2 перпендикулярно стенке камеры 2, что уменьшает выброс воды из зеркала разделения пара и воды. Пар собирается в паровой камере 4 и оттуда через регулятор давления и температуры 20 поступает на пароперегреватель пара 21 и далее к потребителю, например, к турбине 22. После конденсора 23 насосом 24 вода подается на реактор 5 и в полости 15 и 16. Подвод воды для компенсации потерь не показан. Верхняя стенка потолочной полости обеспечивает циркуляцию воды через кольцевой выступ 19 и берет на себя основную долю накипи от солей при испарении воды, предотвращая образование накипи в основной тепловоспринимающей, нижней стенке полости 16, так как основной процесс испарения совершается в воде над потолочной полостью.
Часть пара после пароперегревателя 21 по паропроводу 9 поступает на теплообменник-корректор 8, из которого при температуре 500°С поступает через паропроводы 6, 7 на реактор гремучего газа тангенциально в трубы 31 и 32, закручивается и движется к концу этих труб, образующих горелку. Гравитационными, центробежными силами более тяжелый кислород движется к внешней трубе 31, а более легкий водород к внутренней трубе 32. Этому способствует сильное электрическое поле, созданное между трубами 32 и 31, которое "растаскивает" диполи пара. Трубы 31 заземлены и на них подан плюс напряжения, а на внутренние трубы минус напряжения 6000 ÷ 10000 В.
2
2
В смесителе 33 Н и O, поступающие из концов труб 32 и 31, смешиваются и далее поджигаются запальным устройством 35. Камера сгорания 41 и 40 размещены в полусферических водяных полостях 36, снабженных на внутренних стенках 37 форсунками 38 и 39, размещенными по окружностям не менее 3-х в каждой окружности. Регулируя давление, температуру и расход воды через форсунки 38, 39, обеспечивают нужную температуру пара. Дополнительно температуру пара в камере 3 можно регулировать величиной напряжения, подаваемого на трубы 32 и 31 и давлением пара, поступающего в паропроводы 6, 7. Отбор пара из камеры сгорания 40 через приемник пара 42, количество реакторов 5 и 14 в зависимости от мощности парогенератора.
В указанном парогенераторе можно получить водяной пар в широком диапазоне температур. Использование реактора гремучего газа повышает коэффициент полезного действия при получении пара за счет применения гравитационных сил и сильного электрического поля, а размещение его непосредственно в камере получения пара повышает безопасность обслуживания и упрощает устройство. Применение в качестве тепловоспринимающих поверхностей с выемками и выступами на стенках, обеспечение циркуляции в них теплоносителя, снижает металлоемкость устройства. Отделение основной тепловоспринимающей потолочной поверхности от основного массива испаряемой воды снижает образование накипи на ней, продлевает сроки проведения профилактических ремонтов и обслуживания, улучшает теплопередачу к воде. Применение реактора синтез-газа повышает калорийность топлива и коэффициента полезного действия парогенератора.
В описании использованы патенты RU 2142905 C1, МПК С01В 3/00, 13/02, опубликован 20.12.1999 г., RU 2546149 C2, МПК С01В 3/04, опубликован 27.09.2014 г.