ЭНЕРГОАППАРАТ

Предложение относится к техническим средствам для получения тепловой энергии при использовании комбинированной конструкции теплообменного аппарата.
В настоящее время известны различные типы и конструкции теплообменных энергоаппаратов, из которых наиболее представительными являются водогрейные и водо-парогрейные аппараты, содержащие корпус в виде вертикально ориентированного цилиндра в полости которого размещен теплообменник, заполненный теплоносителем, соединенный с патрубком для его передачи и с магистралью отвода нагретого теплоносителя, в полости размещена горелка, нижняя часть корпуса имеет золоприемик, а его верхняя часть соединена с вытяжкой трубой [Промышленное и строительное оборудование, Сборник №3, 2003, с. 141; SU 1048250, F23L 9/02, US 4782765, F23L 1/00; EA 005303, F23L 9/02, 2004].
Последнее из указанных устройств является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату.
Обладая определенным преимуществом перед аналогами, за счет возможности оперативной циркуляции теплоносителя в полости аппарата, этот отопительный водогрейный аппарат обладает также существенным и очевидным недостатком, заключающемся в отсутствии технического оснащения аппарата средствами - для разделения смеси вода-пар, а также - в невозможности регулирования теплоотдачи в полостях аппарата, что ведет к нерациональному расходу топлива на одновременный разогрев всего объема теплоносителя, - это может привести к возникновению аварийной ситуации, т.к. перегретый объем теплоносителя - воды преобразуется в 800-850 объемов пара. В этом случае для предупреждения разрушения корпуса необходимо усиливать его прочностные характеристики, что также нерационально ввиду повышения стоимости, увеличения веса и габаритов всего энергоаппарата.
Технической задачей и положительным результатом использования энергоаппарата является увеличение его теплотворной способности и теплоотдачи; повышение КПД использования топливных компонентов за счет более эффективного взаимодействия тепловыделяющих узлов с объемом нагреваемого теплоносителя, а также более рационального использования паронагревателя энергоаппарата.
Энергоаппарат, содержащий корпус в виде вертикально ориентированного цилиндра, в полости которого размещены теплообменные трубки, соединенные с патрубками подачи теплоносителя, в стенках корпуса установлены горелки, нижняя часть корпуса имеет золоприемник, а верхняя его часть соединена с вытяжной трубой и - с трубами для отвода теплоносителя потребителю, характеризуется тем,, что трубы отвода теплоносителя соединены с верхней частью корпуса посредством паронагревателя с его выходным коллектором, горелки установлены в верхней части корпуса и сообщены с кольцевым зазором между внутренними теплообменными трубками и трубками, примыкающими к стенке корпуса, указанные теплообменные трубки сообщены с патрубками подачи теплоносителя в нижней части корпуса.
Энергоаппарат характеризуется также тем, что трубы отвода теплоносителя пропущены через сепараторы для отделения пара от жидкой фазы теплоносителя, подаваемой обратно в парообразователь посредством соединяющей их трубы.
Энергоаппарат характеризуется также тем, что горелки оснащены форсунками, выполненными в виде коаксиально установленных трубок, одна из которых соединена с топливоподводом, а вторая соединена с магистралью подачи воздуха.
На фиг. 1 показан общий вид энергоаппарта;
на фиг. 2 - теплообменные узлы с горелками;
на фиг. 3 - конструкция горелки с форсункой.
Энергоаппарат содержит внешний цилиндрический корпус 1, ориентированный вертикально. Полость корпуса оснащена множеством теплообменных трубок 2, заполняемых теплоносителем (водой); эти трубки отделены кольцевым зазором 3 от других теплообменных трубок - 4, примыкающих к стенке корпуса 1 и также заполняемых водой. В отверстиях стенки корпуса 1 закреплены горелки 5 с форсунками 6, работающими на топливных компонентах (газ, угольная пыль, воздух), выполненными в виде коаксиально установленных трубок, одна из которых соединена с топливоподводом, а вторая соединена с магистралью подачи воздуха, расходуемого для работы форсунки, а также - для создания тяги в вытяжной трубе аппарата. Воспламенения топлива форсунок осуществляется запальниками 7, например, электроразрядниками. В верхней части корпус 1 соединен с паронагревателем 8, имеющим выходной коллектор 9 и заканчивающийся вытяжной трубой 10 для отвода топочных газов. Нижняя часть корпуса 1 имеет золоприемник 11. С выходным коллектором 9 соединены трубы 12 для отвода пара потребителям, при этом, для исключения подачи пароводяной смеси, трубы 12 пропущены через сепараторы 13 для отделения пара от жидкой фазы теплоносителя (пар-вода), из которых отсепарированная вода снова подается в паронагреватель 8 по трубам, соединяющим сепаратор с паронагревателем. Подача исходной воды осуществляется снизу по магистрали через патрубки 14. Горелки 5 закреплены в верхней части корпуса 1, что позволяет вести нагрев и перегрев только верхней части водной среды и не расходовать тепловую энергию топлива на нерациональный нагрев всего обмена воды - теплоносителя. Для исключения перегрева теплоносителя парообразователь 8 дополнительно соединен магистралями 15 с патрубками 14 для подачи исходного теплоносителя.
Прямое сообщение сепараторов 13 с парообразователем 8 осуществляется посредством труб 16, что повышает эффект использования обоих агрегатов. Конструкция горелок 5 (фиг. 3), имеющих форсунки 6 в виде коаксиально установленных трубок, одна из которых - осевая соединена с топливоподводящей трубкой 17, а другая 18 - с магистралью воздуха, позволяет использовать эти горелки не только для выработки тепла, но и создания восходящего потока газа в трубке 10 аппарата.
Работа энергоаппарата осуществляется следующим образом. Емкости трубок 2 и трубок 4 заполняют теплоносителем (водой) через патрубок 14. Включают горелки 5 и запальники 7, из форсунок 6 истекает тепловая энергия в виде перегретого газа, которым нагревают верхнюю часть водозаполненных трубок 2 и 4; продукты испарения подаются в парообразователь, куда поступает восходящий нагретый газ от форсунок, доиспаряя мелкокапельную фазу. Пар через коллектор 9 отводится через сепаратор 13 в трубы 12 отвода пара потребителю, а отделенная от пара жидкость снова поступает в парообразователь по трубам 16. Отдавшие свое тепло топливные газы поступают в вытяжную трубу 10. При работе аппарата исключены нештатные ситуации за счет предупреждения перегрева трубок 2 и 4 - подачей воды через патрубки 14, а также - исключения перегрева парообразователя 8 за счет сообщения его с этими же патрубками 14 подачи исходной воды.
Выполненные расчеты при моделировании данного энергоаппарата показывают его высокие термодинамические характеристики: по теплоотдаче израсходованного топлива - 82% по КПД теплопреобразования перегретый газ-пар - 64%; надежность работы всех узлов - абсолютная при использовании газообразного или пылевидного (угольная пыль) топлива.