ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к теплогенераторам и может быть использована в качестве автономного агрегата или надстройки к существующему огнетехническому оборудованию для получения парогазовой смеси (ПГС) и горячей воды.
Областями применения данной модели в промышленности являются: прогрев инертных материалов и подготовка бетонной смеси на бетонных заводах в зимнее время; сушка пиломатериалов; пропарка изделий из железобетона на заводах ЖБИ; вращение малых турбин для электроснабжения; удаление снега и льда с поверхностей и арматуры под заливку бетона в зимний период, подогрев битума на строительных площадках; прогрев густых ГСМ и пропаривание емкостей; в сельском хозяйстве и других технологиях, допускающих использование парогазовой смеси; глубокая рекуперация теплоты уходящих продуктов сгорания.
Известен парогенератор с мгновенной подачей пара, принцип действия которого основан на впрыскивании воды в поток дымовых газов (Патент РФ №2396485 C1 - 2010 г). Парогенератор состоит из камеры сгорания и камеры смешения, имеющей форму трубы Вентури. Камера сгорания и камера смешения образуют единую полость, в центре которой (на оси парогенератора) располагается водяное сопло. Камера сгорания и часть камеры смешения заключены в водяной корпус, где осуществляется предварительный подогрев впрыскиваемой воды. Впрыск воды осуществляется в горле камеры смешения, а образование парогазовой смеси осуществляется в диффузорной части указанной камеры.
Недостатком этого изобретения является отсутствие возможности подключения контура горячего водоснабжения (ГВС), поскольку для затворения бетона также требуется вода с температурой 25÷35°С.
Конструктивно рассмотренное устройство (Патент РФ №2396485 С1) является наиболее близким к предлагаемому техническому решению - принято за прототип.
Техническим результатом полезной модели является параллельная выработка парогазовой смеси и горячей воды.
Указанный результат достигается тем, что у теплогенератора, состоящего из водяного корпуса, содержащего камеру сгорания и камеру смешения, выполненную в форме трубы Вентури, а также водяное сопло, расположенное по оси камеры сгорания, водяное сопло содержит водяные каналы и коллектор, в виде полой полусферы, причем водяные каналы имеют в поперечном сечении эллипс с меньшим диаметром, перпендикулярным потоку дымовых газов, а водяной корпус камеры сгорания и камеры смешения объединены шунтом, причем на корпусе камеры сгорания расположен подвод питательной воды, а на корпусе камеры смешения предусмотрен отвод в контур ГВС.
На рис.1 представлен продольный разрез теплогенератора и поперечный разрез водяного сопла, где 1 - подвод питательной воды; 2 - корпус камеры сгорания; 3 - коллектор; 4 - водяное сопло; 5 - корпус камеры смешения; 6 - отвод в контур ГВС; 7 - паропровод; 8 - шунт; 9 - водяные каналы; 10 - горелочный блок.
На рис.2 представлена модель водяного сопла.
На рис.3 представлена модель водяного сопла.
Устройство работает следующим образом.
Питательная вода поступает в корпус камеры сгорания 2 через подвод питательной воды 1 под давлением >3 ати (рис.1). Далее вода попадает в водяное сопло 4, в состав которого входят три водяных канала 9 и коллектор 3. В водяном сопле 4 осуществляется перегрев питательной воды (нагрев до температуры более 100°С), предварительно нагретой в корпусе камеры сгорания 2. Избыточное давление на подводе питательной воды 1 предотвращает преждевременное вскипание.
При впрыске, перегретая вода мгновенно испаряется. Разгон дымовых газов в конвергентной части трубы Вентури, образованной стенками камеры смешения, приводит к снижению давления в зоне выходного сечения водяного сопла 4. Затраты энергии в зоне парообразования компенсируются потоком дымовых газов. Для повышения статического давления дымовых газов с одной стороны и исключения блокирования канала вследствие бурного парообразования с другой, впрыск производится именно в узкой части трубы Вентури. Таким образом, зона парообразования приходится на дивергентную часть трубы Вентури.
Водяное сопло 4 служит для перегрева нагнетаемой в него воды и распыления последней в камеру смешения. Перегрев воды осуществляется за счет распределения потока по трем радиальным водяным каналам 9, которые также служат опорами для водяного сопла 4. Сравнительно малый диаметр водяных каналов 9 обеспечивает формирование тонких струек тока, которые более восприимчивы к тепловому потоку от омывающих дымовых газов, чем поток в водяном корпусе прототипа. Это дает возможность подключения к теплогенератору контура ГВС без снижения степени перегрева впрыскиваемой воды в отношении прототипа.
Конструкция водяного сопла 4 позволяет максимально использовать энергию потока пара и не только компенсирует гидравлические потери от обтекания водяных каналов 9 и коллектора 3, но и значительно увеличивает кинетическую энергию потока парогазовой смеси. Водяные каналы 9 имеют в поперечном сечении эллипс с меньшим диаметром, перпендикулярным потоку дымовых газов, что значительно снижает аэродинамическое сопротивление водяных каналов 9 дозвуковому потоку продуктов сгорания и увеличивает конвективную составляющую теплопередачи воде в водяных каналах 9. Коллектор 3, представляющий собой полую полусферу, выполняет две функции: является местом перемешивания и нагрева потоков воды из водяных каналов 9, и снижает аэродинамическое сопротивление водяного сопла 4, уменьшая силу аэродинамического удара.
Корпус камеры сгорания 2 и корпус камеры смешения 5 соединены шунтом 8, снабженным отсекающим вентилем. При необходимости подключения к теплогенератору контура ГВС, расход воды на подводе питательной воды 1 увеличивается. Вода последовательно подогревается в корпусе камеры сгорания 2 и корпусе камеры смешения 5, затем выводится из теплогенератора через отвод в контур ГВС 6. При неизменности параметров подаваемых в теплогенератор продуктов сгорания регулирование температуры воды в контуре ГВС осуществляется за счет изменения расхода питательной воды. При отсутствии необходимости подключения контура ГВС, корпус камеры смешения водой не заполняется.
Конструкция теплогенератора допускает его эксплуатацию в любом положении: как в горизонтальном, так и вертикальном. Кроме того, теплогенератор может использоваться как автономный агрегат, так и в качестве надстройки к существующему огнетехническому оборудованию. В первом случае, продукты сгорания образуются в корпусе теплогенератора для собственных нужд с помощью горелочного блока 10 (рис.1). Такое исполнение теплогенератора предполагает его мобильное использование исключительно в качестве генератора ПГС и горячей воды. Во втором случае, используются отработавшие в теплотехническом процессе продукты сгорания (после печи, котла и т.д.). Такое исполнение подразумевает привязку к другому энергетическому оборудованию в качестве утилизатора теплоты уходящих дымовых газов (взамен штатных рекуператоров), а также генератора ПГС и горячей воды.