RU2403508C1

RU2403508C1 - Exhaust-gas water heater

Info

Publication number: RU2403508C1
Application number: RU2009126280/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Бирюлин (RU); Игорь Борисович Бирюлин; Анжелика Амировна Ветрова (RU); Анжелика Амировна Ветрова; Валентина Анатольевна Белая (RU); Валентина Анатольевна Белая; Иван Борисович Башилов (RU); Иван Борисович Башилов
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2010-11-10

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: exhaust-gas water heater comprised vertical cylindrical body, inlet and outlet gas flue nozzles, inlet and outlet water nozzles. Inside body there is a gas flue shaft connected to process installation through lower horizontal gas flue nozzle. Body and gas flue shaft are installed on cylindrical reservoir connected to hot water consumers and to upper bypass nozzle and circular sprinkler. Gas flue shaft along height is divided into perforated partitions having vertical nozzles that connect them to form chambers. Lower gas flue nozzle is tangentially fixed to vortex gas chamber arranged in lower part of shaft. Perforated partitions are attached inside gas flue shaft with gradual downward 0.25 increase of distance between them.

EFFECT: simplified design and expansion of functional capabilities of water heater.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котельных и на тепловых станциях, работающих на твердом топливе, для снижения температуры уходящих газов, с получением горячей воды для бытовых и производственных нужд.The invention relates to a power system and can be used in boiler houses and at thermal stations operating on solid fuel, to reduce the temperature of the flue gases, to produce hot water for domestic and industrial needs.

Известен контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий корпус с контактной камерой, над которой установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу холодной воды, надтопочный диск внутри корпуса и топочную камеру, причем водопитательная емкость, размещенная вокруг топки, сообщена через переливные трубы с эрлифтным устройством (а.с. 918705, СССР).A contact-surface water heater is known, comprising a casing with a contact chamber, over which a water distributor is installed, connected to a cold water pipeline, a super-heating disk inside the casing and a combustion chamber, the water supply tank placed around the firebox communicating through overflow pipes with an airlift device (a.c 918705, USSR).

Известный водонагреватель сложный по конструкции и работа его на отходящих горячих газах неэффективна.The well-known water heater is complex in design and its operation on exhaust hot gases is inefficient.

Известен глушитель шума для двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус и размещенные в нем перфорированные и сплошные поперечные перегородки, соединенные между собой патрубками, образующие резонансные камеры (а.с. 371354, СССР).Known silencer for internal combustion engines, comprising a housing and perforated and continuous transverse partitions located therein, interconnected by nozzles, forming resonant chambers (AS 371354, USSR).

Конструкция известного глушителя шума для нагрева воды не предназначена.The design of the known silencer for heating water is not intended.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является утилизационный водонагреватель, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлен газоходный ствол, кольцевые распылители и диски (патент РФ 2194223).The closest in technical essence to the present invention is a recycling water heater containing a vertical cylindrical body, inside which is installed a gas duct, ring sprays and discs (RF patent 2194223).

Известный водонагреватель предназначен для получения горячей воды для производственных нужд, т.е. в нем возможно содержание твердых частичек продуктов сгорания, а также не предусмотрена в его конструкции деаэрация воды.Known water heater is designed to produce hot water for industrial needs, i.e. it may contain solid particles of combustion products, as well as deaeration of water is not provided for in its design.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, расширении функциональных возможностей, обескислороживании горячей воды на производственные нужды, все это обеспечивается за счет того, что в утилизационном водонагревателе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого размещен газоходный ствол, змеевик, емкость и распылитель, согласно изобретению газоходный ствол по высоте разделен на перфорированные перегородки, верхние и нижние с отверстиями в каждой, прикрепленные снаружи к стволу. Имеются вертикальные патрубки внутри, соединяющие перегородки между собой, верхний патрубок, закрепленный между двумя верхними перегородками, контактирует со стаканом, установленным с зазором вверх дном и имеющим радиальные отверстия. Средний патрубок, закрепленный между двумя нижними перегородками, имеет пакет витой металлической стружки, а нижний патрубок нижней частью прикреплен к крышке емкости, а верхней частью закреплен в центре нижней перегородки, имеет внизу радиальные отверстия и пакет витой металлической стружки. Корпус и газоходный ствол установлены на цилиндрической емкости, сообщенной слева сбоку через патрубок с вентилем с потребителем горячей воды на производственные нужды, а справа через обводной патрубок, электронасос и змеевик, размещенный в корпусе на кольцевой полке, она сообщена с верхним обводным патрубком, имеющим вентиль и соединенным трубопроводом с кольцевым распылителем. Газоходный ствол пневматически связан через нижний горизонтальный патрубок, тангенциально прикрепленный к вихревой газовой камере, размещенной в нижней части ствола, с технологическим агрегатом, а верхний газоходный патрубок соединен с дымососом. Перфорированные перегородки прикреплены внутри газоходного ствола с постепенным на 0,25 увеличением книзу расстояния между ними.The technical result consists in simplifying the design, expanding the functionality, deoxygenation of hot water for production needs, all this is due to the fact that in a recycling water heater containing a vertical cylindrical body, inside which there is a gas duct, a coil, a container and a spray, according to the invention the height of the trunk is divided into perforated partitions, upper and lower with holes in each, attached externally to the trunk. There are vertical pipes inside, connecting the partitions to each other, the upper pipe, fixed between the two upper partitions, is in contact with the glass, installed with a gap upside down and having radial holes. The middle pipe, fixed between the two lower partitions, has a package of twisted metal chips, and the lower pipe is attached with the lower part to the lid of the container, and the upper part is fixed in the center of the lower partition, has radial holes and a package of twisted metal chips at the bottom. The casing and the gas duct are mounted on a cylindrical container, communicated on the left side through a pipe with a valve with a hot water consumer for industrial needs, and on the right through a bypass pipe, an electric pump and a coil located in the housing on an annular shelf, it is in communication with an upper bypass pipe having a valve and connected by a pipe with a ring atomizer. The gas duct is pneumatically connected through the lower horizontal nozzle tangentially attached to the vortex gas chamber located in the lower part of the barrel with the process unit, and the upper gas duct is connected to the smoke exhaust. Perforated partitions are attached inside the gas trunk with a gradual 0.25 increase in downward distance between them.

На фиг.1 представлен утилизационный водонагреватель, в разрезе; на фиг.2. показано сечение по А-А фиг.1.Figure 1 presents a recycling water heater, in section; figure 2. shows a section along aa of figure 1.

Утилизационный водонагреватель содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, крышку 2 с верхним газоходным патрубком 3 и фланцем 4, входной водяной патрубок 5 с вентилем 6 и выходной водяной патрубок 7 с вентилем 8. Внутри корпуса 1 расположен газоходный ствол 9, сообщенный через нижний горизонтальный патрубок 10 с фланцем 11 с технологическим агрегатом (не показан).The recovery water heater contains a vertical cylindrical body 1, a cover 2 with an upper gas pipe 3 and a flange 4, an inlet water pipe 5 with a valve 6 and an outlet water pipe 7 with a valve 8. Inside the body 1 there is a gas pipe 9, communicated through the lower horizontal pipe 10 s flange 11 with a process unit (not shown).

Корпус 1 и газоходный ствол 9 установлены на цилиндрической емкости 12, сообщенной слева сбоку через патрубок 13 с вентилем 14 с потребителем горячей воды на производственные нужды, а справа через обводной патрубок 15, электронасос 16 и змеевик 17, размещенный в корпусе на кольцевой полке 18, она сообщена с верхним обводным патрубком 19, имеющий вентиль 20, соединенный с трубопроводом 21 и кольцевым распылителем 22. Подпиточный трубопровод 23 с вентилем 24 соединен гидравлически с обводным патрубком 19, а патрубок 5 с вентилем 6 соединен с корпусом 1 в его верхней части. Трубопровод 23 и патрубок 5 сообщены с системой холодного водоснабжения (не показана).The housing 1 and the gas duct 9 are mounted on a cylindrical tank 12, communicated on the left side through a pipe 13 with a valve 14 with a hot water consumer for industrial needs, and on the right through a bypass pipe 15, an electric pump 16 and a coil 17 located in the housing on the ring shelf 18, it is in communication with the upper bypass pipe 19 having a valve 20 connected to the pipe 21 and the annular atomizer 22. The make-up pipe 23 with the valve 24 is hydraulically connected to the bypass pipe 19, and the pipe 5 with valve 6 is connected to the housing 1 in it rhney part. The pipe 23 and pipe 5 are in communication with a cold water supply system (not shown).

Газоходный ствол 9 по высоте разделен на перфорированные перегородки, верхние 25 и нижние 26 с отверстиями 27 в каждой, прикрепленные снаружи к стволу 9 и имеющие вертикальные патрубки 28, 29 и 30, внутри соединяющие перегородки между собой. К вихревой газовой камере 31, размещенной в нижней части ствола 9, тангециально прикреплен нижний газоходный патрубок 10. Верхний патрубок 28, закрепленный между двумя верхними перегородками 25, контактирует со стаканом 32, установленным с зазором вверх дном и имеющим радиальные отверстия 33. Средний патрубок 29, закрепленный между двумя нижними перегородками 26, имеет внутри пакет витой металлической стружки 34, размещенной, например, в дырчатой металлической корзине (не показана). Нижний патрубок 30 нижней частью закреплен в крышке 35 емкости 12, а верхней частью закреплен в центре нижней перегородки 26, имеет внизу радиальные отверстия 36 и пакет витой металлической стружки 37 в металлической корзине или без нее. Металлическая стружка отбирает от проходящей через нее воды кислород, постепенно окисляется и требует периодической замены.The gas duct 9 is divided by height into perforated partitions, the upper 25 and lower 26 with openings 27 in each, attached externally to the barrel 9 and having vertical pipes 28, 29 and 30, inside connecting the partitions to each other. The lower gas duct 10 is tangentially attached to the vortex gas chamber 31, located in the lower part of the barrel 9. The upper duct 28, fixed between the two upper partitions 25, is in contact with the nozzle 32, which is installed with a gap upside down and having radial openings 33. The middle nozzle 29 fixed between the two lower partitions 26, has inside a package of twisted metal chips 34, placed, for example, in a holey metal basket (not shown). The lower pipe 30 with the lower part is fixed in the cover 35 of the tank 12, and the upper part is fixed in the center of the lower partition 26, has radial holes 36 at the bottom and a packet of twisted metal chips 37 in or without a metal basket. Metal shavings take oxygen from the water passing through it, gradually oxidize and require periodic replacement.

Нижняя смесительная камера 38 размещена между двумя нижними перегородками 26 и сообщена снизу с вихревой камерой 31 пневматически через отверстия и сверху, с нижней контактной камерой 39 гидравлически. Верхняя смесительная камера 40 размещена между нижней контактной камерой 39 и верхней контактной камерой 41 и сообщена с ними пневматически и гидравлически. В нижней части емкости 12 установлен шламосборник 42, через отверстия 43 сообщенный гидравлически с емкостью 12, а через вентиль 44 с системой сбора шлама (не показана). Верхний газоходный патрубок 3 фланцем 4 прикреплен к дымососу (не показан). Перфорированные перегородки 25 и 26 прикреплены внутри газоходного ствола 9 с постепенным на 0,25 увеличением книзу расстояния между ними.The lower mixing chamber 38 is located between the two lower partitions 26 and communicates from below with the vortex chamber 31 pneumatically through the holes and from above, with the lower contact chamber 39 hydraulically. The upper mixing chamber 40 is located between the lower contact chamber 39 and the upper contact chamber 41 and communicates with them pneumatically and hydraulically. In the lower part of the tank 12, a sludge collector 42 is installed, through openings 43 hydraulically communicated with the tank 12, and through a valve 44 with a sludge collection system (not shown). The upper flue pipe 3 flange 4 is attached to a smoke exhaust (not shown). Perforated partitions 25 and 26 are attached inside the gas duct 9 with a gradual 0.25 increase in downward distance between them.

Предлагаемый водонагреватель работает следующим образом, в зависимости от режимов.The proposed water heater operates as follows, depending on the modes.

1. Режим получения горячей воды для производственных нужд. Включается в работу дымосос, открывают вентили 14, 20 и 24. Вентили 6 и 8 должны быть закрыты. Горячие запыленные дымовые газы через патрубок 10 устремляются в вихревую камеру 31, приобретая вращательное движение. Здесь в камере 31 газы отдают тепло воде, размещенной в емкости 12, через ее крышку 35, патрубку 30 с пакетом стружки 37, а также теряют частички золы и сажи. В закрученном виде газы через отверстия 27 вырываются в нижнюю смесительную камеру 38, где встречаются со струйками горячей воды. Далее газы через отверстия 27 и патрубок 29 попадают в нижнюю контактную камеру 39, а затем в верхнюю смесительную камеру 40 и контактную камеру 41, встречаются со струйками холодной воды, выбрасываемыми из кольцевого распылителя 22, и уходят охлажденные через газоходный патрубок 3 к дымососу. Холодная вода из распылителя 22, контактируя со струйками газа в камерах 41, 40, 39 и 38, постепенно нагревается до температуры 70-80°С, а проходя через пакеты стружки, размещенные в патрубках 29 и 30, обескислораживается и собирается в емкости 12. Через патрубок 13 и вентиль 14 горячая обескислороженная вода расходуется на подпитку паровых котлов и тепловых сетей. При эксплуатации водонагревателя отверстия 27 в перегородках 25 и 26 могут постепенно засориться золой. Газы под своим напором в данном случае открывают стакан 32 от перегородки 25 вверх и вырываются через отверстия 33 в стакане 32 и уходят в патрубок 3 к дымососу. Температура уходящих газов увеличивается на 10-15°С, а температура горячей воды снижается. Промывка ствола 9, камер и перегородок производится следующим образом. Прекращается подача дымовых горячих газов в патрубок 10, останавливается дымосос. Открываются вентиль 44 шламосборника 42, вентили 24 и 20 подачи холодной воды в распылитель 22. Струйки воды при закрытом стакане 32 устремятся через отверстия 27 в перегородках 25 и 26 в камеры 41, 40, 39, 38 и 31, затем через отверстия 36 в патрубке 30 грязная вода поступит в емкость 12 и через отверстия 43 и вентиль 44 вытечет в систему сбора шлама. Промывка продолжается до чистой воды, поступающей в систему сбора шлама. После промывки водонагревателя также производят замену стружечных пакетов 34 и 37 в патрубках 29 и 30. Постепенное увеличение расстояния между перегородками 25 и 26 книзу позволяет снизить засор отверстий 27 и увеличить теплоотдачу газами холодной воде.1. The mode of obtaining hot water for industrial needs. The smoke exhauster is turned on, valves 14, 20 and 24 are opened. Valves 6 and 8 must be closed. Hot dusty flue gases through the pipe 10 rush into the vortex chamber 31, acquiring a rotational movement. Here, in the chamber 31, the gases give off heat to the water placed in the tank 12 through its cover 35, the pipe 30 with the chip package 37, and also lose particles of ash and soot. In a swirling form, gases through holes 27 escape into the lower mixing chamber 38, where they meet with trickles of hot water. Further, the gases through the openings 27 and the nozzle 29 enter the lower contact chamber 39, and then into the upper mixing chamber 40 and the contact chamber 41, meet with trickles of cold water discharged from the ring atomizer 22, and leave the cooled ones through the gas duct 3 to the exhaust fan. Cold water from the atomizer 22, in contact with the gas streams in the chambers 41, 40, 39 and 38, is gradually heated to a temperature of 70-80 ° C, and passing through the chip packs located in the nozzles 29 and 30, it is deoxidized and collected in the tank 12. Through pipe 13 and valve 14, hot oxygen-free water is consumed to feed steam boilers and heating networks. During operation of the water heater, the openings 27 in the partitions 25 and 26 may gradually become clogged with ash. Gases under their pressure in this case open the glass 32 from the partition 25 upwards and break out through the openings 33 in the glass 32 and go into the pipe 3 to the exhaust fan. The temperature of the flue gases increases by 10-15 ° C, and the temperature of the hot water decreases. Flushing the barrel 9, chambers and partitions is as follows. The supply of hot flue gases to the pipe 10 stops, the smoke exhauster stops. The valve 44 of the sludge collector 42 opens, the valves 24 and 20 supply cold water to the sprayer 22. The water jets with a closed glass 32 rush through the openings 27 in the partitions 25 and 26 into the chambers 41, 40, 39, 38 and 31, then through the openings 36 in the nozzle 30 dirty water enters the tank 12 and through the holes 43 and the valve 44 flows into the system for collecting sludge. Flushing continues until clean water enters the sludge collection system. After washing the water heater, chip chips 34 and 37 in the nozzles 29 and 30 are also replaced. A gradual increase in the distance between the partitions 25 and 26 downwards allows to reduce the clogging of holes 27 and increase the heat transfer by gases to cold water.

2. Режим получения горячей воды для бытовых нужд. Включается в работу дымосос, открывают вентили 6 и 20. Вентили 14 и 24 должны быть закрыты. Включают в работу электронасос 16. Вода из емкости 12 забирается электронасосом 16, прогоняется им через змеевик 17, верхний обводной патрубок 19, трубопровод 21 и поступает в кольцевой распылитель 22. Из распылителя 22 холодная вода через отверстия 27 в перегородках 25 и 26 поступает в камеры 41, 40, 39, 38 и через патрубок 30 с пакетом стружки 37 снова поступает в емкость 12, далее процесс повторяется. Горячие запыленные дымовые газы через патрубок 10 при включенном дымососе будут двигаться вверх навстречу падающей струйками воды и нагревать ее до температуры 80-90°С. Тепло воде, поступающей из системы холодного водоснабжения через патрубок 5 в кольцевое пространство между стволом 9 и корпусом 1, передается от змеевика 17, а также от нижней части ствола 9 от камер 31 и 38. После нагрева воды открывают вентиль 8. Качество воды, поступающей к потребителю через патрубок 7 и вентиль 8, отвечает санитарным нормам и может расходоваться на бытовые нужды. При засоре перегородок 25 и 26 золой промывку водонагревателя производят, как и в предыдущем режиме. Периодически в период эксплуатации водонагревателя вентили 44, 24 и 20 открывают, а через 3-5 минут закрывают.2. The mode of obtaining hot water for domestic needs. The smoke exhauster is turned on, valves 6 and 20 are opened. Valves 14 and 24 must be closed. The electric pump 16 is turned on. Water is taken from the tank 12 by the electric pump 16, it is driven through the coil 17, the upper bypass pipe 19, the pipe 21 and enters the annular atomizer 22. From the atomizer 22, cold water enters the chambers through openings 27 in the partitions 25 and 26 41, 40, 39, 38 and through the pipe 30 with the chip package 37 again enters the tank 12, then the process is repeated. Hot dusty flue gases through the pipe 10 with the smoke exhauster turned on will move upward towards the falling trickles of water and heat it to a temperature of 80-90 ° C. Heat from the cold water supply system through the pipe 5 to the annular space between the barrel 9 and the housing 1 is transferred from the coil 17, as well as from the lower part of the barrel 9 from the chambers 31 and 38. After heating the water, open valve 8. The quality of the water entering to the consumer through the pipe 7 and valve 8, meets sanitary standards and can be spent on household needs. In case of clogging of partitions 25 and 26 with ash, the washing of the water heater is carried out, as in the previous mode. Periodically during operation of the water heater, valves 44, 24 and 20 are opened, and after 3-5 minutes they are closed.

3. Режим получения горячей воды для бытовых и производственных нужд. В этом режиме открывают вентили 6, 8, 14, 20 и 24, включают в работу дымосос и электронасос 16. Процесс нагрева воды горячими газами повторяется, как и в предыдущих режимах. На ночь электронасос 16 отключают. В этом режиме желательно водонагреватель полностью автоматизировать для получения потребителями температуры воды требуемых значений. Использование водонагревателя для получения горячей воды как на производственные, так и на бытовые нужды расширяет его функциональные возможности.3. The mode of obtaining hot water for domestic and industrial needs. In this mode, open valves 6, 8, 14, 20 and 24, turn on the smoke exhauster and electric pump 16. The process of heating water with hot gases is repeated, as in previous modes. At night, the electric pump 16 is turned off. In this mode, it is desirable to fully automate the water heater in order to obtain the required water temperature by consumers. The use of a water heater to produce hot water for both industrial and domestic needs expands its functionality.

В конструкции предлагаемого водонагревателя осуществлено встречное движение горячих газов и холодной воды. Наличие вихревой камеры позволяет частично избавиться от включений золы в дымовых газах и увеличить процесс теплоотдачи их через стенки ствола и перфорированные перегородки воде. Простота устройства, компактность, возможность использования конструкции водонагревателя как контактного с установкой в патрубке 10 газовой горелки позволяет применять его в различных отраслях народного хозяйства.In the design of the proposed water heater counter movement of hot gases and cold water. The presence of a vortex chamber makes it possible to partially get rid of ash inclusions in flue gases and increase their heat transfer through the barrel walls and perforated partitions to water. The simplicity of the device, compactness, the possibility of using the design of the water heater as a contact with the installation in the pipe 10 of the gas burner allows it to be used in various sectors of the economy.

Claims

1. Utilization water heater containing a vertical cylindrical body, inside which there is a gas duct and a coil, a container and a sprayer, characterized in that the gas duct is divided in height into perforated partitions, upper and lower, with holes in each, attached outside to the barrel and having vertical pipes inside, connecting the partitions to each other, the upper pipe, fixed between the two upper partitions, is in contact with the glass, installed with a gap upside down and having for the holes, the middle pipe, fixed between the two lower partitions, has a packet of twisted metal chips, and the lower pipe is attached with the bottom to the lid of the tank, and the upper part is fixed to the center of the lower partition, has radial holes and a packet of twisted metal chips at the bottom, and the body and the gas duct is installed on a cylindrical tank, communicated on the left side through a pipe with a valve with a hot ox consumer for industrial needs, and on the right through a bypass pipe, an electric pump and a coil, placed in the housing on the annular shelf, it is in communication with the upper bypass pipe having a valve and connected by a pipe to the ring atomizer, and the gas duct is pneumatically connected through the lower horizontal pipe tangentially attached to the vortex gas chamber located in the lower part of the barrel, with the technological unit, and through the upper flue pipe - with a smoke exhaust.

2. The recycling water heater according to claim 1, characterized in that the perforated partitions are attached inside the gas duct with a gradual 0.25 increase in downward distance between them.