Способ получения пара и устройство для его осуществления

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конструкциям парогенераторов. Задачей изобретения является упрощение осуществления способа и упрощение конструкции устройства. Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе получения пара, включающем горение топлива, контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой и отвод образующегося пара, в качестве топлива используют смесь водорода с кислородом или с воздухом при соотношении водорода и кислорода в указанной смеси, обеспечивающем ее горение в режиме взрыва, обеспечивают контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой путем их ввода под поверхность водосодержащей среды с образованием в ней парогазовых пузырей и последующим выделением из указанных пузырей пара при достижении ими поверхности водосодержащей среды. Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для получения пара, содержащем по меньшей мере одну камеру сгорания, снабженную выпускным отверстием, узел подвода топлива в камеру сгорания, узел воспламенения топлива, камеру испарения, сообщенную через выходное отверстие с камерой сгорания, согласно изобретению узел подвода топлива включает узел подвода водорода и узел подвода кислорода или воздуха, камера испарения изготовлена в виде закрытого сверху резервуара, выполненного с возможностью заполнения его нижней части водосодержащей средой, при этом в камере испарения установлена по меньшей мере одна открытая с двух концевых участков отводная труба, один концевой участок которой сообщен с выпускным отверстием камеры сгорания, а другой концевой участок расположен в резервуаре таким образом, что он оказывается заглубленным по отношению к поверхности заполняющей резервуар водосодержащей среды. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конструкциям парогенераторов и способам их работы.

Известны способы получения пара и устройства для их реализация, основанные на испарении воды за счет тепла, получаемого от газообразных продуктов, образующихся при сгорании топлива.

Известен способ получения пара и устройство для его осуществления, описанные в [RU 2431079].

Рассматриваемый способ включает сгорание компонентов топлива, распыление части балластной воды в смесительной головке, установленной на входе в камеру сгорания, и смешение ее с продуктами сгорания, распыление другой части балластной воды в центробежной форсунке, установленной на выходе камеры сгорания, и направление указанных потоков распыленных продуктов навстречу друг другу.

Устройство для реализации данного способа содержит узел подвода топлива, узел подвода балластной воды, узел воспламенения, камеру сгорания, смесительную головку, установленную на входе в камеру сгорания, снабженную центробежной форсункой для распыления части балластной воды, центробежную форсунку, установленную на выходе камеры сгорания, а также камеру смешения, откуда осуществляется отбор получаемого пара.

Однако рассматриваемый способ требует сложного конструктивного оформления.

Известен способ получения пара и устройство для его осуществления, описанные в [RU 2371594], выбранные в качестве ближайших аналогов заявляемых способа и устройства.

Рассматриваемый способ включает сгорание компонентов топлива, контактирование газообразных продуктов сгорания топлива с водой, обеспечивающее образование пара, и его отвод. При этом сначала образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, внутри указанной области сжигают топливо, а испарение воды с образованием пара осуществляется после свертывания водяной оболочки.

Устройство для реализации рассматриваемого способа содержит камеру сгорания, снабженную выпускным отверстием, выполненным в виде сопла, узел подвода топлива в камеру сгорания, узел воспламенения топлива, узел подвода воды, используемой для получения пара, а также камеру испарения, сообщенную через выходное отверстие с камерой сгорания. На входе в камеру сгорания расположена втулка с тангенциальными отверстиями, служащая для образования вихреобразной оболочки.

Данные способ и устройство обеспечивают получение пара при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы устройства. Однако необходимость образования вихреобразной водяной оболочки усложняет осуществление способа и конструкцию устройства.

Задачей заявляемых изобретений является упрощение осуществления способа и упрощение конструкции устройства.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе получения пара, включающем горение топлива, контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой и отвод образующегося пара, согласно изобретению в качестве топлива используют смесь водорода с кислородом или с воздухом при соотношении водорода и кислорода в указанной смеси, обеспечивающем ее горение в режиме взрыва, обеспечивают контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой путем их ввода под поверхность водосодержащей среды с образованием в ней парогазовых пузырей и последующим выделением из указанных пузырей пара при достижении ими поверхности водосодержащей среды.

В частном случае выполнения способа выделение из водосодержащей среды парогазовых пузырей осуществляют с использованием эрлифтного эффекта.

В частном случае выполнения способа в качестве топлива используют гремучий газ.

В частном случае выполнения способа в качестве водосодержащей среды используют морскую воду акватории моря, при этом в качестве топлива используют смесь водорода, полученного электролизом указанной морской воды, с кислородом или с воздухом.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для получения пара, содержащем по меньшей мере одну камеру сгорания, снабженную выпускным отверстием, узел подвода топлива в камеру сгорания, узел воспламенения топлива, камеру испарения, сообщенную через выходное отверстие с камерой сгорания, согласно изобретению узел подвода топлива включает узел подвода водорода и узел подвода кислорода или воздуха, камера испарения изготовлена в виде закрытого сверху резервуара, выполненного с возможностью заполнения его нижней части водосодержащей средой, при этом в камере испарения установлена по меньшей мере одна открытая с двух концевых участков отводная труба, один концевой участок которой сообщен с выпускным отверстием камеры сгорания, а другой концевой участок расположен в резервуаре таким образом, что он оказывается заглубленным по отношению к поверхности заполняющей резервуар водосодержащей среды.

В частном случае выполнения устройства камера испарения имеет открытую нижнюю часть и выполнена с возможностью погружения ее нижней части в водосодержащую среду.

В частном случае выполнения устройства отводная труба размещена внутри наружной выпускной трубы, открытой с двух торцов, охватывающей погружаемый в водосодержащую среду участок отводной трубы.

В частном случае выполнения устройства оно содержит электролизер, выполненный с возможностью проведения процесса электролиза с получением водорода, снабженный узлом отвода водорода, который соединен с узлом подвода водорода в камеру сгорания.

Особенностью заявляемого способа является то, что в качестве топлива используют смесь водорода с кислородом или с воздухом, соотношение которых в смеси обеспечивает ее горение в режиме взрыва. То есть в режиме, когда при воспламенении вышеуказанной смеси она сгорает чрезвычайно быстро с образованием детонационной волны, приводящей к взрыву. Это обуславливает высокую температуру образующихся при взрыве газообразных продуктов и их высокое давление.

Указанные продукты контактируют с водосодержащей средой при их вводе под ее поверхность. При этом в области ввода указанных продуктов в массе водосодержащей среды происходит интенсивное образование газовых пузырей, что приводит к испарению воды и насыщению указанных пузырей парами воды. Таким образом, водосодержащая среда насыщается парогазовыми пузырями, подобно насыщению воды сжатым воздухом при ее аэрировании.

Образующиеся парогазовые пузыри, в свою очередь, нагревают водосодержащую среду, вызывая кипение воды, сопровождающееся образованием все большего количества парогазовых пузырей.

Поскольку образующиеся парогазовые пузыри обладают очень развитой поверхностью, интенсифицируются происходящие в рассматриваемой области водосодержащей среды теплообменные процессы.

Из-за меньшей плотности парогазовых пузырей по отношению к плотности водосодержащей среды происходит их быстрый подъем к ее поверхности, при достижении которой пузыри лопаются и из них выделяется пар в пространство над указанной поверхностью. Кроме того, происходит испарение воды с поверхности водосодержащей среды с образованием пара, который также поступает в пространство над ее поверхностью.

То есть заявляемый способ обеспечивает получение значительного количества пара простым путем за счет насыщения водосодержащей среды парогазовыми пузырями. При этом не требуется применять специальных приемов, требующих сложного конструктивного оформления, для осуществления контактирования газообразных продуктов сгорания топлива с водосодержащей средой.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого способа, является упрощение его осуществления.

В случае, когда выделение из водосодержащей среды парогазовых пузырей осуществляют с использованием эрлифтного эффекта, ускоряется процесс теплоотдачи и образования пара.

Использование в качестве топлива гремучего газа, то есть смеси двух объемов водорода и одного объема кислорода, является целесообразным с точки зрения более экономного расходования водорода.

В случае, когда в качестве водосодержащей среды используют морскую воду акватории моря, при этом в качестве топлива используют смесь водорода, полученного электролизом указанной морской воды, с кислородом или с воздухом, обеспечивается возможность совмещения процесса получения используемого в качестве компонента топливной смеси водорода с процессом получения пара, что способствует упрощению заявляемого способа и повышению его экономичности.

Особенностью заявляемого устройства является то, что оно обеспечивает подвод образующихся при взрыве продуктов под поверхность водосодержащей среды. Для этого оно содержит камеру сгорания и камеру испарения, выполненную в виде вышеописанного резервуара, которые соединены друг с другом с помощью отводной трубы, расположенной в камере испарения таким образом, что ее концевой участок оказывается заглубленным по отношению к поверхности заполняющей камеру испарения водосодержащей среды.

В заявляемом устройстве получение пара обеспечивается при вводе образующихся в камере сгорания газообразных продуктов под поверхность водосодержащей среды, что достигается с помощью простого конструктивного элемента - отводной трубы. При этом не требуется применения сложных конструктивных элементов, обеспечивающих контактирование продуктов сгорания с водосодержащей средой, таких как форсунки, сопла, диафрагмы и прочее. Это обуславливает простоту конструкции устройства.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого устройства, является упрощение его конструкции.

В случае, когда камера испарения имеет открытую нижнюю часть и выполнена с возможностью погружения ее нижней части в водосодержащую среду, не требуется осуществлять предварительную операцию заполнения ею камеры испарения, что способствует упрощению конструкции устройства, а также упрощению реализуемого с его помощью способа. При этом в качестве водосодержащей среды можно использовать воду, находящуюся в бассейне, в искусственном или естественном водоеме, например в море.

В случае, когда отводная труба размещена внутри наружной выпускной трубы, открытой с двух торцов, охватывающей погружаемый в водосодержащую среду участок отводной трубы, указанные две трубы образуют узел, работающий по принципу эрлифтной установки, что способствует интенсификации вывода пара в пространство над поверхностью водосодержащей среды.

В случае, когда устройство содержит электролизер, выполненный с возможностью проведения процесса электролиза с получением водорода, снабженный узлом отвода водорода, который соединен с узлом подвода водорода в камеру сгорания, оказывается возможным получать водород, необходимый для работы устройства, вблизи места его расположения. Это исключает необходимость транспортировки взрывоопасных баллонов с водородом к месту расположения устройства. При этом целесообразным является использовать в электролизере в качестве электролита и в качестве водосодержащей среды в камере испарения солевой раствор естественного происхождения, например морскую воду.

На фигуре представлен общий вид заявляемого устройства.

Способ осуществляют следующим образом.

В камеру сгорания подают водород и кислород или воздух в таком количестве, которое обеспечивает образование взрывоопасной смеси, в частности гремучего газа.

Поджигают указанную смесь, которая при поджиге взрывается.

Образующиеся после взрыва газообразные продукты сгорания, имеющие высокие температуру и давление, вводят под поверхность водосодержащей среды, что сопровождается образованием парогазовых пузырей, контактирующих с водосодержащей средой, подъемом их к поверхности водосодержащей среды и выделением из них пара в пространство над ней.

Далее отводят пар из пространства, расположенного над поверхностью водосодержащей среды.

Устройство содержит первую камеру сгорания 1 и вторую камеру сгорания 2. Каждая из камер сгорания 1 и 2 выполнена, в частности, в виде закрытого сверху и снизу резервуара.

Устройство содержит камеру испарения 3, расположенную между камерами сгорания 1 и 2, выполненную, в частности, в виде погруженного в водосодержащую среду резервуара, нижняя открытая часть которого сообщена с нею. При этом камера испарения 3, в частности, имеет общие боковые стенки 4 и 5 соответственно с камерами сгорания 1 и 2.

В качестве водосодержащей среды, в частности, использована морская вода акватории моря.

В каждой из стенок 4 и 5 выше уровня водосодержащей среды в камере испарения 3 имеется выходное отверстие (на чертеже позицией не обозначено), в котором помещен верхний концевой участок одной из отводных труб 6 и 7. Верхний и нижний концевые участки каждой из отводных труб 6 и 7 выполнены открытыми, при этом трубы 6 и 7 выполнены и установлены таким образом, что их нижний концевой участок заглублен относительно поверхности водосодержащей среды в камере испарения 3. В частности, трубы 6 и 7 имеют Г-образную форму, у которых большая часть вертикально ориентированного участка погружена в водосодержащую среду в камере испарения 3.

Каждая из отводных труб 6 и 7 размещена внутри наружной выпускной трубы соответственно 8 и 9, открытой с двух торцов, охватывающей погруженный в водосодержащую среду участок отводной трубы соответственно 6 и 7.

Каждая из камер сгорания 1 и 2 снабжена узлом 10 подвода водорода, узлом 11 подвода кислорода или воздуха, а также узлом 12 воспламенения топлива и технологическим клапаном 13.

Камера испарения 3 снабжена узлом 14 отвода из нее пара.

Устройство, в частности, также содержит электролизер 15, выполненный с возможностью проведения процесса электролиза с получением водорода. Электролизер 15 снабжен узлом отвода водорода (на чертеже позицией не обозначен), который связан с узлами 10 подвода водорода в камеры сгорания 1 и 2. Электролизер 15 имеет узел ввода электролита (на чертеже позицией не обозначен), соединенный, в частности, с морской водой акватории моря.

Устройство работает следующим образом.

В камеру сгорания 1 подают с помощью узлов 10 и 11 водород и кислород или воздух в количествах, обеспечивающих образование взрывоопасной смеси, в частности гремучего газа, и осуществляют их воспламенение с помощью узла 12. При поджиге взрывоопасной смеси гремучего газа происходит его взрыв.

Высокотемпературные газообразные продукты под большим давлением поступают в трубу 6 и вводятся в массу водосодержащей среды ниже уровня ее поверхности в камере испарения 3. В области ввода указанных продуктов в водосодержащую среду происходит ее закипание, сопровождающееся образованием большого количества парогазовых пузырей. Водосодержащая среда, насыщенная парогазовыми пузырями, быстро поднимается по кольцевому зазору между трубами 6 и 8, и пары воды выделяются в пространство над уровнем водосодержащей среды в камере испарения 3. При этом трубы 6 и 8 образуют узел, работающий по принципу эрлифтной установки.

Образующийся пар из пространства над поверхностью водосодержащей среды в камере испарения 3 отводится потребителю с помощью узла 14 отвода пара.

Аналогичный процесс получения пара осуществляется при сгорании топлива в камере сгорания 2, при этом указанный процесс можно осуществлять одновременно с процессом, происходящим при сгорании топлива в камере сгорания 1, или поочередно с ним.

1. Способ получения пара, включающий горение топлива, контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой и отвод образующегося пара, отличающийся тем, что в качестве топлива используют смесь водорода с кислородом или с воздухом при соотношении водорода и кислорода в указанной смеси, обеспечивающем ее горение в режиме взрыва, обеспечивают контактирование газообразных продуктов горения топлива с водосодержащей средой путем их ввода под поверхность водосодержащей среды с образованием в ней парогазовых пузырей и последующим выделением из указанных пузырей пара при достижении ими поверхности водосодержащей среды и осуществляют отвод пара из пространства, расположенного над поверхностью водосодержащей среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение из водосодержащей среды парогазовых пузырей осуществляют с использованием эрлифтного эффекта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве топлива используют гремучий газ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водосодержащей среды используют морскую воду акватории моря, при этом в качестве топлива используют смесь водорода, полученного электролизом указанной морской воды, с кислородом или с воздухом.

5. Устройство для получения пара, содержащее по меньшей мере одну камеру сгорания, снабженную выпускным отверстием, узел подвода топлива в камеру сгорания, узел воспламенения топлива, камеру испарения, сообщенную через выходное отверстие с камерой сгорания, отличающееся тем, что узел подвода топлива включает узел подвода водорода и узел подвода кислорода или воздуха, камера испарения изготовлена в виде закрытого сверху резервуара, выполненного с возможностью заполнения его нижней части водосодержащей средой, при этом в камере испарения установлена по меньшей мере одна открытая с двух концевых участков отводная труба, один концевой участок которой сообщен с выпускным отверстием камеры сгорания, а другой концевой участок расположен в резервуаре таким образом, что он оказывается заглубленным по отношению к поверхности заполняющей резервуар водосодержащей среды.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что камера испарения имеет открытую нижнюю часть и выполнена с возможностью погружения ее нижней части в водосодержащую среду.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что отводная труба размещена внутри наружной выпускной трубы, открытой с двух торцов, охватывающей погружаемый в водосодержащую среду участок отводной трубы.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит электролизер, выполненный с возможностью проведения процесса электролиза с получением водорода, снабженный узлом отвода водорода, который соединен с узлом подвода водорода в камеру сгорания.