Струйный водопаровой теплообменник
Изобретение относится к области энергетики и может использоваться для подогрева воды в технологических схемах предприятий и в системах отопления. Струйный водопаровой теплообменник содержит трубопровод нагреваемой воды, водяное сопло, паропровод греющего пара, камеру предварительного смешения, впрыскивающий водяной трубопровод, основной смеситель, диффузор, трубопровод нагретой воды; вход камеры предварительного смешения связан с паропроводом греющего пара, а ее выход через паровой патрубок присоединен к основной камере смешения, соединенной соосно через диффузор с трубопроводом нагретой воды, впрыскивающий водяной трубопровод соединен с трубопроводом нагреваемой воды и тангенциально соединен с паропроводом греющего пара, в его выходном сечении размещена перфорированная перегородка с форсуночными отверстиями; внутренняя часть камеры предварительного смешения снабжена отбойной кольцевой пластиной, установленной под углом 35-45 градусов к плоскости поперечного сечения камеры, между выходным сечением водяного сопла и диффузором размещены конфузор и одна дополнительная камера смешения, причем осевое расстояние от выходного сечения водяного сопла до камеры смешения составляет 3-4 выходных диаметра водяного сопла, отношение площадей поперечного сечения камеры смешения и выходного водяного сопла равняется 2-4. Такая конструкция теплообменника обеспечивает его устойчивую работу в расширенном диапазоне тепловых нагрузок. 2 ил.
Струйный водопаровой теплообменник относится к области теплоэнергоснабжения потребителей и может быть применен для подогрева воды в технологических схемах предприятий, а также в системах отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений.
Известно большое число конструктивных типов инжекторов, различающихся взаимным расположением сопл активной и пассивной сред, геометрическими характеристиками камеры смешения сред, видом диффузоров и другими конструктивными элементами.
Известен теплообменный струйный аппарат «Фисоник», в котором рабочим телом является пар, а нагреваемой средой - вода. В них происходит смешение нагреваемой воды с паром. Давление нагретой жидкости на их выходе за счет скачка уплотнения выше исходного давления инжектирующего пара и инжектируемой жидкости на входе. (Патент РФ № 2016261 C1, F04F 5/02, Фисенко В.В. Способ сжатия сред в струйном аппарате и устройство для его осуществления, опубликован 15.07.94 г. Бюл. № 13). Несмотря на ряд положительных качеств для этих струйных аппаратов характерны ограниченные теплопроизводительность и диапазон гидродинамической устойчивости, повышенные вибрация и шум при их работе, необходимость применения систем автоматического регулирования.
Наиболее близким по технической сущности является струйный водопаровой теплообменник МПЭ «ЭКОПАР», инжектирующий пар в воду (Патент РФ № 2198323). МПЭ «ЭКОПАР» содержит трубопровод нагреваемой воды, водяное сопло, камеру предварительного смешения с напорной водяной камерой, снабженной форсуночными отверстиями (напорная водяная камера связана впрыскивающим трубопроводом воды с регулирующим органом на подаче пара и трубопроводом нагреваемой воды), основной смеситель, снабженный отбойной кольцевой пластиной, установленной перпендикулярно его корпусу, диффузор, трубопровод нагретой воды, вход камеры предварительного смешения связан с паропроводом греющего пара, а ее выход через паровой патрубок присоединен к основному смесителю, последний через диффузор соединен с трубопроводом нагретой воды.
Положительными качествами описанного струйного водопарового теплообменника МПЭ «ЭКОПАР», принятого за прототип предлагаемого изобретения, является возможность создания на его основе струйных водопаровых теплообменников тепловой мощностью до нескольких десятков гигакалорий в час при их устойчивой работе без пульсаций давления.
В то же время описанный струйный водопаровой теплообменник имеет следующие недостатки:
- недостаточно эффективно смешение пара и впрыскиваемой воды в камере предварительного смешения при возможных значительных колебаниях давления пара и воды в зимнем и летнем эксплуатационных режимах;
- недостаточно эффективен теплообмен при контакте воды и пара в основном смесителе, что приводит к необходимости применения в установке-прототипе перфорированных кольцевых решеток и их размещения в трубопроводе нагретой воды, что связано с повышенным гидравлическим сопротивлением данного струйного водопарового теплообменника, затрудняющего его параллельную работу с поверхностными пароводяными теплообменниками.
Задачей предлагаемого технического решения является создание струйного водопарового теплообменника, способного эффективно работать при значительных колебаниях давления пара и воды в зимнем и летнем эксплуатационных режимах, в том числе параллельно с поверхностными пароводяными теплообменниками.
Поставленная цель достигается за счет того, что в струйном водопаровом теплообменнике, содержащем трубопровод нагреваемой воды с запорной арматурой, водяное сопло, паропровод греющего пара с запорной арматурой, камеру предварительного смешения, впрыскивающий водяной трубопровод с запорным органом, основной смеситель, диффузор, трубопровод нагретой воды, вход камеры предварительного смешения связан с паропроводом греющего пара, а ее выход через паровой патрубок присоединен к основной камере смешения, связанной через диффузор с трубопроводом нагретой воды, впрыскивающий водяной трубопровод соединен с трубопроводом нагреваемой воды; при этом впрыскивающий водяной трубопровод соединен тангенциально с паропроводом греющего пара, в выходном сечении впрыскивающего водяного трубопровода размещена дополнительная перфорированная перегородка с форсуночными отверстиями; внутренняя часть камеры предварительного смешения снабжена отбойной кольцевой пластиной, установленной под углом 35÷45 градусов к плоскости поперечного сечения камеры предварительного смешения; между выходным сечением водяного сопла и диффузором дополнительно размещены конфузор и одна дополнительная камера смешения, причем осевое расстояние от выходного сечения водяного сопла до камеры смешения составляет 3÷4 выходных диаметра водяного сопла, отношение площадей поперечного сечения камеры смешения и выходного сечения водяного сопла равняется 2÷4.
Тангенциальное присоединение впрыскивающего водяного трубопровода к паропроводу греющего пара перед его входом в камеру предварительного смешения и установка в его выходном сечении дополнительной перфорированной перегородки с форсуночными отверстиями позволяет при значительном колебании давления воды и подводимого пара в зимнем и летнем эксплуатационных режимах струйного водопарового теплообменника обеспечить в камере предварительного смешения эффективное смесеобразование впрыскиваемой воды и пара.
Применение в струйном водопаровом теплообменнике конфузора и дополнительной камеры смешения позволяет повысить эффективность теплообмена между нагреваемой водой и паром, увеличить давление нагретой воды и обеспечить возможность параллельной работы струйного водопарового теплообменника с поверхностными пароводяными теплообменниками.
На Фиг.1 показана блок-схема предлагаемого струйного водопарового теплообменника. Блок-схема состоит из двух блоков: блока смешивающего подогревателя воды 1 и блока предварительного смешения 2.
На Фиг.2 показана принципиальная схема струйного водопарового теплообменника.
Блок смешивающего подогревателя воды 1 содержит: трубопровод нагреваемой воды 3, водяное сопло 4, основную камеру смешения 5, конфузор 6, дополнительную камеру смешения 7, диффузор 8, трубопровод нагретой воды 9.
Блок предварительного смешения 2 содержит: впрыскивающий трубопровод 10 с регулирующим органом, впрыскивающее отверстие 12, камеру предварительного смешения 11, паропровод греющего пара 13, отбойную кольцевую пластину 14, паровой патрубок 15.
Струйный водопаровой теплообменник выполнен следующим образом. По ходу нагреваемой воды в блоке смешивающего подогревателя воды 1 соосно установлены трубопровод нагреваемой воды 3, водяное сопло 4, основная камера смешения 5, конфузор 6, дополнительная камера смешения 7, диффузор 8, трубопровод нагретой воды 9. Трубопровод нагреваемой воды 3 блока 1 соединен трубопроводом впрыска воды 10 с блоком 2. Трубопровод 10 снабжен вентилем с ручным управлением и перфорированной перегородкой с форсуночными отверстиями, размещенной в его выходном сечении, и соединен на входе с трубопроводом нагреваемой воды 3, а на выходе присоединен тангенциально через впрыскивающее отверстие 12 к паропроводу греющего пара 13. Последний через камеру предварительного смешения 11 с размещенной в ней отбойной кольцевой пластиной 14, установленной под углом 35÷45 градусов к плоскости поперечного сечения камеры предварительного смешения, и через паровой патрубок 15 соединен с камерой смешения 5 блока смешивающего подогревателя воды 1.
Струйный водопаровой теплообменник работает следующим образом. Основную часть расхода из трубопровода нагреваемой воды 3 подают в водяное сопло 4 и расширяют его до давления меньшего, чем давление в камере предварительного смешения 11. Другую часть потока воды по впрыскивающему трубопроводу 10 через форсуночные отверстия в перфорированной перегородке впрыскивают тангенциально через впрыскивающее отверстие 12 в паропровод греющего пара 13 и подают ее вместе с греющим паром в камеру предварительного смешения 11, где с помощью отбойной кольцевой пластины 14, установленной под углом 35÷45 градусов к плоскости поперечного сечения камеры предварительного смешения, ее интенсивно перемешивают с греющим паром, и в камере предварительного смешения 11 образуют влажный насыщенный пар. По паровому патрубку 15 его направляют в зону пониженного давления основной камеры смешения 5, где производят конденсацию большей части пара и подогрев воды. Для повышения интенсивности теплообмена поток водопаровой смеси дополнительно ускоряют в конфузоре 6 и подают в дополнительную камеру смешения 7, где практически завершается конденсация пара и нагрев воды. Затем этот поток пропускают через диффузор, затормаживают его и повышают давление нагретой воды, которую по трубопроводу нагретой воды 9 подают потребителю.
Предлагаемая компоновка струйного водопарового теплообменника имеет преимущества как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает повышение эффективности теплообмена между нагреваемой водой и греющим паром, в том числе при колебаниях давления нагреваемой воды и пара в зимнем и летнем эксплуатационных режимах, повышает давление нагретой воды и дает возможность параллельной работы струйного водопарового теплообменника и поверхностных пароводяных подогревателей.
Струйный водопаровой теплообменник, содержащий трубопровод нагреваемой воды с запорной арматурой, водяное сопло, паропровод греющего пара с запорной арматурой, камеру предварительного смешения, впрыскивающий водяной трубопровод с запорным органом, основной смеситель, диффузор, трубопровод нагретой воды; вход камеры предварительного смешения связан с паропроводом греющего пара, а ее выход через паровой патрубок присоединен к основной камере смешения, соединенной соосно через диффузор с трубопроводом нагретой воды, впрыскивающий водяной трубопровод соединен с трубопроводом нагреваемой воды, отличающийся тем, что впрыскивающий водяной трубопровод соединен тангенциально с паропроводом греющего пара, в выходном сечении впрыскивающего водяного трубопровода размещена дополнительная перфорированная перегородка с форсуночными отверстиями; внутренняя часть камеры предварительного смешения снабжена отбойной кольцевой пластиной, установленной под углом 35-45° к плоскости поперечного сечения камеры предварительного смешения; между выходным сечением водяного сопла и диффузором дополнительно размещены конфузор и одна дополнительная камера смешения, причем осевое расстояние от выходного сечения водяного сопла до камеры смешения составляет 3-4 выходных диаметра водяного сопла, отношение площадей поперечного сечения камеры смешения и выходного сечения водяного сопла равняется 2-4.
