RU2098720C1

RU2098720C1 - Device for producing steam-gas mixture

Info

Publication number: RU2098720C1
Application number: RU95114303/06A
Authority: RU
Inventors: А.К. Гергесов
Original assignee: Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: thermal engineering; heat and moisture treatment of building materials and concrete parts under field conditions; heat supply for industrial enterprises and public utilities. SUBSTANCE: top part of furnace chamber 1 is made in the form of contraction 9 with curvilinear inclined blades 10 mounted above it and uniformly arranged over inner surface of gas conduit 8; water heating system is built up of vertical tubes 2 uniformly arranged on inner surface of furnace chamber 1 and joined to top heater 5 and bottom header 4; water spraying devices 12 are installed in top header 5 and positioned along flue gas flow. EFFECT: simplified design and improved capacity due to augmentation of steam-gas mixture production process. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для тепловлажностной обработки строительных материалов, бетонных изделий в полевых условиях, а также для теплоснабжения производственных и коммунально-бытовых потребителей тепла. The invention relates to the field of heat power and can be used for heat and moisture treatment of building materials, concrete products in the field, as well as for heat supply of industrial and domestic heat consumers.

Известна система получения парогазовой смеси для отопления зданий, содержащая паровой котел с дымовой трубой, эжекторы, разделитель газов и конденсата, конденсатный бак и газоходы для удаления продуктов сгорания. Трубопроводы соединены с эжекторами посредством скруббера, а разделитель газов и конденсата своей водной частью связан со скруббером, а газовой с дымовой трубой [1]
Однако известная система получения парогазовой смеси характеризуется сложностью конструкции и ограниченным расстоянием подачи эжекторами парогазовой смеси. Кроме того, система отличается высокой металлоемкостью и значительными удельными капиталовложениями.A known system for producing a gas-vapor mixture for heating buildings, comprising a steam boiler with a chimney, ejectors, a gas and condensate separator, a condensate tank and flues for removing combustion products. Pipelines are connected to the ejectors by means of a scrubber, and the gas and condensate separator is connected to the scrubber by its water part, and the gas by the chimney [1]
However, the known system for producing a gas-vapor mixture is characterized by the complexity of the design and the limited supply distance of the vapor-gas mixture by ejectors. In addition, the system is characterized by high metal consumption and significant unit investment.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является двухконтурный водонагреватель, содержащий топочную камеру, над которой расположены вертикальный газоход с водяной рубашкой и контактная камера для нагрева воды, которая загружена керамическими насадками, омываемыми парогазовой смесью, и куда через форсунки подается водопроводная вода. Нагретая вода поступает в бак-аккумулятор, откуда насосом подается для горячего водоснабжения. В нижней части топочной камеры установлено газогорелочное устройство, а в верхней ее части расположен перегреватель, где происходит перегрев и испарение воды. Нагретая вода используется для отопления и горячего водоснабжения, а дымовые газы с содержанием пара около 10% используются для тепловой обработки строительных материалов. Устройство также снабжено системой газоходов и дымососом-вентилятором для удаления газообразных продуктов сгорания [2]
Однако известное устройство имеет сложную конструкцию и невысокую производительность, ограниченную диаметром змеевика перегревателя, вследствие чего обеспечивается эффективное теплоснабжение только отдельных зданий и сооружений. Расположение змеевика в зоне высоких температур требует питания водой, очищенной от накипеобразующих солей.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed device is a dual-circuit water heater containing a combustion chamber, above which there is a vertical gas duct with a water jacket and a contact chamber for heating water, which is loaded with ceramic nozzles, washed with a gas-vapor mixture, and where tap water is fed through nozzles . Heated water enters the storage tank, from where it is pumped for hot water. A gas burner device is installed in the lower part of the combustion chamber, and a superheater is located in its upper part, where overheating and water evaporation occur. Heated water is used for heating and hot water supply, and flue gases with a steam content of about 10% are used for heat treatment of building materials. The device is also equipped with a flue system and a fan exhaust fan to remove gaseous products of combustion [2]
However, the known device has a complex structure and low productivity, limited by the diameter of the superheater coil, as a result of which efficient heat supply is provided only to individual buildings and structures. The location of the coil in the high temperature zone requires feeding water purified from scale-forming salts.

Кроме того, известное устройство не обеспечивает получения парогазовой смеси заданного соотношения пара и газа, что снижает эффективность тепловлажностной обработки строительных материалов. In addition, the known device does not provide a vapor-gas mixture of a given ratio of steam and gas, which reduces the efficiency of heat and moisture treatment of building materials.

Стационарность устройства требует прокладки теплотрассы для подачи парогазовой смеси к устройствам для тепловой обработки строительных материалов, что значительно повышает стоимость сооружения и увеличивает потери тепла. Stationarity of the device requires laying a heating main for supplying a gas-vapor mixture to devices for heat treatment of building materials, which significantly increases the cost of the structure and increases heat loss.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в упрощении устройства и повышении его производительности путем интенсификации процесса получения парогазовой смеси. The problem solved by the invention is to simplify the device and increase its productivity by intensifying the process of obtaining a vapor-gas mixture.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в устройстве для получения парогазовой смеси, содержащем цилиндрическую топочную камеру, соединенную с газоходом, приспособление для подачи топлива в камеру, систему нагрева воды и средства для распыления воды, согласно изобретению, топочная камера в верхней ее части выполнена в виде конфузора, над которым установлены наклонные криволинейные лопасти, равномерно расположенные по внутренней поверхности газохода, а система нагрева воды выполнена в виде вертикальных труб, равномерно расположенных по внутренней поверхности топочной камеры и соединенных с нижним и верхним коллекторами, при этом средства для распыления воды установлены в верхнем коллекторе и сориентированы по ходу движения потока дымовых газов. In order to achieve the technical result provided by the invention, in a device for producing a gas-vapor mixture containing a cylindrical combustion chamber connected to a gas duct, a device for supplying fuel to the chamber, a water heating system and means for spraying water, according to the invention, the combustion chamber in its upper part is made in the form a confuser, over which inclined curvilinear blades are installed, uniformly located on the inner surface of the gas duct, and the water heating system is made in the form of vertical pipes ub, uniformly located on the inner surface of the combustion chamber and connected to the lower and upper collectors, while the means for spraying water are installed in the upper collector and are oriented along the direction of the flue gas stream.

Сравнение предлагаемого изобретения с другими известными из уровня техники техническими решениями позволило установить следующее. В известных технических решениях [1;2] для получения пара используется котельная установка, где пар получается при нагревании испарительных поверхностей, любо в трубчатом перегревателе газовых контактно-поверхностных устройств. Во всех известных технических решениях пар получают в отдельной установке и лишь затем смешивают с дымовыми газами в эжекторе. Comparison of the invention with other technical solutions known from the prior art made it possible to establish the following. In known technical solutions [1; 2], a boiler plant is used to produce steam, where steam is obtained by heating evaporative surfaces, like in a tubular superheater of gas contact-surface devices. In all known technical solutions, steam is obtained in a separate installation and only then mixed with flue gases in the ejector.

В заявляемом устройстве парогазовую смесь получают путем нагрева распыленных частиц воды в условиях витания вращающимся потоком дымовых газов с высокой температурой, при этом благодаря конфузору скорость потока дымовых газов превышает скорость витания частиц воды. Вращение потока дымовых газов, обеспечиваемое криволинейными наклонами лопастями, установленными в газоходе, удлиняет траекторию движения потока дымовых газов в зоне витания частиц воды, что обеспечивает полное испарение частиц воды и смешение дымовых газов с парами воды. Интенсификация процесса получения парогазовой смеси обеспечивает повышение производительности установки при упрощении ее конструкции. In the inventive device, a gas-vapor mixture is obtained by heating atomized particles of water under conditions of soaring by a rotating stream of flue gases with a high temperature, and due to the confuser, the rate of flow of flue gases exceeds the rate of soaring of water particles. The rotation of the flue gas flow, provided by the curved slopes of the blades mounted in the gas duct, lengthens the path of the flue gas flow in the zone of soaking of water particles, which ensures complete evaporation of water particles and mixing of flue gases with water vapor. The intensification of the process of obtaining a vapor-gas mixture provides an increase in plant productivity while simplifying its design.

Таким образом, из уровня техники автором не выявлены технические решения, включающие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям "новинка" и "изобретательский уровень". Thus, the author has not identified technical solutions from the prior art that include a combination of features similar or equivalent to those claimed. This allows us to conclude that the proposal meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг. 1 и 2 схематично изображено предлагаемое устройство для получения парогазовой смеси; на фиг. 3 установка устройства на подвижной платформе. In FIG. 1 and 2 schematically depict the proposed device for producing a gas-vapor mixture; in FIG. 3 installation of the device on a movable platform.

Устройство для получения парогазовой смеси (см. фиг. 1) содержит цилиндрическую топочную камеру 1, выложенную вертикальными трубами 2 и снабженную тепловой изоляцией 3. В нижней и верхней частях топочной камеры 1 расположены коллектора 4 и 5, к которым присоединены вертикальные трубы 2. Нижний коллектор 4 соединен с патрубками 6 для подачи питательной воды, а верхний коллектор 5 соединен с патрубком 7 для отвода избытка воды. Топочная камера 1 соединена с газоходом 8, подсоединенным к камере-смесителю через вентилятор-дымосос. Верхняя часть топочной камеры 1 выполнена в виде конфузора 9, обеспечивающего увеличение скорости дымовых газов, превышающей скорость витания распыленных частиц. Над конфузором 9 установлены наклонные криволинейные лопасти 10, равномерно расположенные по внутренней поверхности газохода 8 и обеспечивающие вращательное движение потока дымовых газов. Для обеспечения безударного входа дымовых газов на лопасти, угол входа β₁ = 100-140^°C выходные кромки лопастей загнуты вперед и расположены под углом β₂ = 30-40^°C В нижней части топочной камеры 1 установлена газовая горелка 11 для подачи топлива. В верхнем коллекторе 5 расположены средства для распыления воды форсунки 12 и предохранительный клапан (на чертеже не показан). Форсунки 12 сориентированы по ходу движения потока дымовых газов.A device for producing a vapor-gas mixture (see Fig. 1) contains a cylindrical combustion chamber 1, lined with vertical pipes 2 and provided with thermal insulation 3. In the lower and upper parts of the combustion chamber 1 are collectors 4 and 5, to which vertical pipes are connected 2. Lower the collector 4 is connected to the nozzles 6 for supplying feed water, and the upper collector 5 is connected to the nozzle 7 to drain excess water. The combustion chamber 1 is connected to a gas duct 8 connected to the mixer chamber through a fan-exhaust fan. The upper part of the combustion chamber 1 is made in the form of a confuser 9, providing an increase in the speed of flue gases in excess of the speed of soaring of the sprayed particles. Above the confuser 9, inclined curved blades 10 are mounted uniformly located on the inner surface of the gas duct 8 and providing rotational movement of the flue gas stream. To ensure an unobtrusive entry of flue gases to the blades, the angle of entry β ₁ = 100-140 ^° C the outlet edges of the blades are bent forward and are located at an angle β ₂ = 30-40 ^° C. A gas burner 11 is installed in the lower part of the combustion chamber 1 for supplying fuel. In the upper manifold 5 there are means for spraying the water of the nozzle 12 and a safety valve (not shown in the drawing). The nozzles 12 are oriented in the direction of the flue gas stream.

Для обеспечения передвижения предлагаемого устройства для получения парогазовой смеси при осуществлении обработки строительных материалов в полевых условиях оно монтируется на передвижной платформе (см. фиг. 2). To ensure the movement of the proposed device to obtain a gas mixture during the processing of building materials in the field, it is mounted on a mobile platform (see Fig. 2).

На платформе установлены предлагаемое устройство 13, баллоны со сжиженным газом 14, бак с питательной водой 15, насос для подачи воды 16, вентилятор-дымосос 17, камера-смеситель 18 и вентилятор 19. The proposed device 13, cylinders with liquefied gas 14, a tank with feed water 15, a pump for supplying water 16, a fan-smoke exhauster 17, a mixer chamber 18 and a fan 19 are installed on the platform.

Устройство для получения парогазовой смеси работает следующим образом. A device for producing a vapor-gas mixture works as follows.

Питательная вода при температуре 50 ^o подается насосом через патрубки 6 в нижний коллектор 4. Система нагрева из вертикальных труб 2 заполняется водой до заданного уровня в верхнем коллекторе 5. После вентиляции топочной камеры 1 и газохода 8 в горелку 11 подается жидкое топливо с воздухом и поджигается. При горении топлива происходит нагрев воды и циркуляция в вертикальных трубах 2. Избыток воды сбрасывается через патрубок 7. При достижении температуры воды 85-90^oC вода направляется в форсунки 12. Распыленные частицы воды попадают в закрученный посредством лопастей 10 поток дымовых газов с температурой 1100-1200^oC, испаряются в условиях витания при скорости газов не менее 5 м/с.Feed water at a temperature of 50 ^o is pumped through pipes 6 to the lower manifold 4. The heating system from the vertical pipes 2 is filled with water to a predetermined level in the upper manifold 5. After ventilation of the combustion chamber 1 and the gas duct 8, liquid fuel with air is supplied to the burner 11 and ignited . When the fuel is burning, water is heated and circulated in the vertical pipes 2. Excess water is discharged through the pipe 7. When the water temperature reaches 85-90 ^o C, the water is directed to the nozzles 12. The sprayed water particles enter the flue gas stream with a temperature of 1100 swirling by means of blades 10 -1200 ^o C, evaporate under conditions of soaring at a gas velocity of at least 5 m / s.

Полученная парогазовая смесь с температурой 290-310^oC посредством вентилятора-дымососа 17 направляется в камеру смеситель 18, где смешивается с воздухом, подаваемым вентилятором 19. В результате температура парогазовой смеси снижается до 110-120^oC и она направляется на обработку строительных материалов.The resulting gas-vapor mixture with a temperature of 290-310 ^o C through a fan-smoke exhauster 17 is sent to the chamber mixer 18, where it is mixed with the air supplied by the fan 19. As a result, the temperature of the gas-vapor mixture is reduced to 110-120 ^o C and it is sent to the processing of building materials.

Установка устройства для получения парогазовой смеси на передвижной платформе позволяет производить тепловую обработку строительных материалов в полевых условиях, когда отсутствуют стационарные котельные установки. The installation of a device for producing a gas-vapor mixture on a mobile platform allows heat treatment of building materials in the field, when there are no stationary boiler plants.

При использовании устройства для получения парогазовой смеси в целях теплоснабжения производственных и бытовых потребителей оно снабжается теплообменником-конденсатором, куда посредством дымососа направляется парогазовая смесь и где происходит нагрев сетевой воды. When using a device for producing a gas-vapor mixture for the purpose of heat supply to industrial and domestic consumers, it is equipped with a heat exchanger-condenser, where the gas-vapor mixture is directed by means of a smoke exhauster and where heating of the mains water occurs.

Использование изобретения позволит значительно упростить конструкцию устройства, повысить его производительность вследствие интенсификации процесса получения парогазовой смеси. Кроме того, обеспечивается возможность полной автоматизации процесса получения парогазовой смеси при заданном соотношении пара и газов. Выполнение устройства передвижным дает возможность эксплуатации его в полевых условиях, что очень существенно при обработке строительных материалов. The use of the invention will significantly simplify the design of the device, increase its productivity due to the intensification of the process of obtaining a vapor-gas mixture. In addition, it is possible to fully automate the process of obtaining a gas-vapor mixture at a given ratio of steam and gases. The implementation of the mobile device makes it possible to operate it in the field, which is very important when processing building materials.

Claims

A device for producing a gas-vapor mixture containing a cylindrical combustion chamber connected to a gas duct, a device for supplying fuel to the chamber, a water heating system and means for spraying water, characterized in that the combustion chamber in its upper part is made in the form of a confuser, over which inclined curved blades uniformly located on the inner surface of the gas duct, and the water heating system is made in the form of vertical pipes uniformly located on the inner surface of the combustion chamber connected to the upper and lower headers, wherein the means for spraying water are installed in the upper manifold and orientate the direction of travel of flue gas flow.