RU2692596C1

RU2692596C1 - Gas heat generator

Info

Publication number: RU2692596C1
Application number: RU2018114223A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Щелоков; Семён Юрьевич Коротин
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-06-25

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to heat engineering. Gas heat generator is detachable, on threaded connection, and water-cooled combustion chamber with burner, made in form of annular gas-distributing chamber, into which is embedded and tightening of threaded connection of burner head is fixed in mounting sleeve with oblique cut, a nozzle ring with a skew cut on which gas supply grooves are applied, and a path of injected water consists of space between the housing and the combustion chamber, and a nozzle unit formed by a nozzle ring with a skew cut, on which water supply grooves are inserted, which is inserted between the oblique cut of the combustion chamber and the head of the mixing chamber and by the fixed pressing of the latter by tightening the threaded joint.EFFECT: invention is aimed at high efficiency at small overall dimensions.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть применено для генерирования газопаровой смеси как теплоносителя для различных технологических целей.The invention relates to the field of industrial heat and power engineering and can be used to generate gas-vapor mixture as a coolant for various technological purposes.

Известны теплогенерирующие установки, в которых продукты сгорания топлива, омывая поверхности теплообмена, нагревают и испаряют воду, полученный пар является высокопотенциальным теплоносителем, используемым для различны производственных нужд. Парогенераторы (паровые котлы) различных конструкций исторически получили значительное распространение в промышленности. Однако им присущи такие недостатки как: значительная материалоемкость, габаритные размеры и наличие потерь теплоты с уходящими газами, обусловленных физикой процесса теплообмена, который не может протекать от менее нагретого тела к более нагретому, а в практическом плане также площадью поверхности теплообмена и минимально допустимой температурой уходящих газов по условиям конденсатной коррозии тракта дымовых газов. В ряде случаев, допустимо применение вместо водяного пара смеси последнего и продуктов сгорания топлива, что позволяет организовать теплообмен путем непосредственного контакта воды с продуктами сгорания, то есть поверхностью теплообмена является поверхность капель воды, которая тем больше, чем более тонкий распыл воды в потоке продуктов сгорания. Это обстоятельство позволяет значительно сократить габаритные размеры теплогенератора и исключить потери с уходящими газами.Heat-generating installations are known, in which the combustion products of the fuel, washing the heat exchange surfaces, heat and evaporate water, the steam produced is a high-grade heat-transfer agent used for various production needs. Steam generators (steam boilers) of various designs have historically gained significant distribution in industry. However, they have such disadvantages as: significant material consumption, overall dimensions and the presence of heat loss with exhaust gases, due to the physics of the heat exchange process, which cannot flow from a less heated body to a more heated one, and in practical terms also the heat exchange surface area and the minimum outgoing temperature gases under the terms of condensate corrosion of the flue gas path. In some cases, it is acceptable to use the mixture of the latter and combustion products of the fuel instead of water vapor, which allows you to organize heat exchange by direct contact of water with the combustion products, that is, the heat exchange surface is the surface of water droplets, which is greater than the finer spray of water in the combustion products stream . This circumstance makes it possible to significantly reduce the overall dimensions of the heat generator and eliminate losses with outgoing gases.

Аналогом изобретения является парогенератор с мгновенной подачей пара, принцип действия которого основан на впрыскивании воды в поток дымовых газов (Patent US 7,146,937 В2 - 2006 г). Парогенератор состоит из двустенной камеры сгорания и двустенной смесительной камеры, объединенных фланцевым соединением. Питательная вода из межстенного пространства камер через систему каналов во фланцевом соединении впрыскивается в поток продуктов сгорания. В коленообразной или прямой камере смешения постоянного сечения происходит парообразование и завершается формирование парогазовой смеси.An analogue of the invention is a steam generator with instant steam supply, the principle of which is based on the injection of water into the flue gas stream (Patent US 7,146,937 B2 - 2006). The steam generator consists of a double-walled combustion chamber and a double-walled mixing chamber, connected by a flange joint. Feed water from the interstitial space of the chambers through the system of channels in the flange joint is injected into the stream of combustion products. In a knee-shaped or straight mixing chamber of constant cross section, vaporization occurs and the formation of a vapor-gas mixture is completed.

Недостаткам этого изобретения является низкое (до 1 ати) давление парогазовой смеси на выходе. Низкое давление парогазовой смеси существенно ограничивает область применения такой конструкции парогенераторов. Так невозможно получение механической работы даже в малых турбинах, имеются сильные ограничения по аэродинамическому сопротивлению распределительных паропроводов и потребителей (теплообменников, сепараторов, обрабатываемых материалов).The disadvantages of this invention is the low (up to 1 MPa) pressure of the vapor-gas mixture at the outlet. The low pressure of the gas-vapor mixture significantly limits the scope of this design of steam generators. So it is impossible to obtain mechanical work even in small turbines, there are strong limitations on the aerodynamic resistance of distribution steam pipelines and consumers (heat exchangers, separators, processed materials).

Прототипом изобретения является парогенератор (Патент РФ 2396485), состоящий из корпуса, заполненного водой, содержащего в себе камеру сгорания и устройство впрыска воды, выполненного в виде водяного сопла, расположенного на оси камеры сгорания, а также камеры смешения, предназначенной для приема дымовых газов из камеры сгорания, представляющую собой трубу Вентури. В данном парогенераторе тонко распыленная при помощи форсунки вода испаряется в камере смешения, в результате чего образуется газопаровая смесь. Вода в корпусе находится под малым давлением, затем при помощи насоса давление воды повышается до необходимого для впрыска в камеру смешения.The prototype of the invention is a steam generator (Patent RF 2396485), consisting of a housing filled with water, containing a combustion chamber and a water injection device, made in the form of a water nozzle located on the axis of the combustion chamber, and a mixing chamber, designed to receive flue gases from the combustion chamber, which is a venturi tube. In this steam generator, finely atomized water using a nozzle evaporates in the mixing chamber, as a result of which a gas-vapor mixture is formed. The water in the body is under low pressure, then with the help of a pump, the water pressure is increased to that required for injection into the mixing chamber.

Данная схема имеет некоторые недостатки: отсутствует возможность реализовать значительную степень перегрева воды в контуре высокого давления, так как площадь поверхности теплообмена гораздо меньше, чем поверхности теплообмена контура низкого давления, данное обстоятельство является препятствием повышения тонкости распыла, быстроты испарения капель и, соответственно, производительности при тех же габаритных размерах; водяная рубашка имеет сложную форму и не технологична в изготовлении; разделение хода воды на контуры низкого и высокого давлений, проистекающее из конструкции водяной рубашки, требует обязательного расположения питательного насоса непосредственно в блоке с установкой; затруднена очистка водяного тракта от отложений накипи.This scheme has some drawbacks: there is no possibility to realize a significant degree of overheating of water in the high pressure loop, since the heat exchange surface area is much smaller than the heat exchange surface of the low pressure loop, this circumstance is an obstacle to increasing the spray pattern, the evaporation rate of the droplets and, accordingly, the performance at the same overall dimensions; water jacket has a complex shape and is not easy to manufacture; the division of the course of water into low and high pressure circuits, resulting from the design of the water jacket, requires the location of the feed pump directly in the unit with the installation; difficult cleaning of the water path from scale deposits.

Усовершенствование заключается в том, что камера сгорания в сборе с горелкой расположена на одной оси с камерой смешения, а корпус теплогенератора выполнен таким образом, что между его стенкой и стенкой камеры сгорания образуется зазор, являющийся каналом течения воды под высоким давлением, которая затем впрыскивается в конце камеры сгорания через отверстия соплового блока впрыска воды. Горелка состоит из горелочной головки с наружной резьбой, газораспределительной камеры, образованной чашеобразным расширением камеры сгорания теплогенератора, имеющим внутреннюю резьбу для присоединения горелочной головки, а также соплового блока ввода газа, который представляет собой сопловое кольцо, имеющее косой торцевой срез с канавками, служащими ввода газа в канал течения воздуха; кольцо вкладывается в посадочную втулку на дне чашеобразного расширения камеры сгорания, имеющую так же косой торцевой срез, и фиксируется затяжкой резьбового соединения головки с газораспределительной камерой. Сопловой блок впрыска воды образован, аналогично, косым срезом камеры сгорания, на который насаживается сопловое кольцо с косым срезом, снабженным канавками, служащими для ввода воды в канал течения продуктов сгорания, а также торцевой стенкой корпуса с внутренней резьбой и торцом камеры смешения с наружной резьбой для присоединения камеры смешения к камере сгорания и фиксации соплового кольца.The improvement is that the combustion chamber assembled with the burner is located on the same axis with the mixing chamber, and the heat generator housing is designed in such a way that a gap is formed between its wall and the wall of the combustion chamber, which is a channel of high pressure water flow, which is then injected into the end of the combustion chamber through the holes of the nozzle block water injection. The burner consists of a burner head with an external thread, a gas distribution chamber formed by a cup-shaped expansion of the combustion chamber of a heat generator with an internal thread for connecting the burner head, and a gas injection nozzle unit, which has an oblique end cut with grooves serving as gas input into the air flow channel; the ring is inserted into the seat bushing at the bottom of the cup-shaped expansion of the combustion chamber, which also has an oblique end cut, and is fixed by tightening the threaded connection of the head with the gas distribution chamber. The nozzle block of water injection is formed, similarly, by an oblique cut of the combustion chamber, on which a nozzle ring with an oblique cut fitted with grooves, which serve to introduce water into the flow channel of the combustion products, and also the end wall of the body with an internal thread and the end of the mixing chamber with an external thread for attaching the mixing chamber to the combustion chamber and fixing the nozzle ring.

Техническим результатом является обеспечение надежного функционирования теплогенератора, высокая производительность при малых габаритных размерах, технологичность в изготовлении и техническом обслуживании.The technical result is to ensure reliable operation of the heat generator, high performance with small overall dimensions, manufacturability in manufacturing and maintenance.

Технический результат достигается за счет того, что что генератор газопаровой смеси имеет разъемную, на резьбовом соединении, водоохлаждаемую камеру сгорания с горелкой, выполненной в виде кольцевой газораспределительной камеры, в которую вложено и, затяжкой резьбового присоединения горелочной головки, зафиксировано в посадочной втулке с косым срезом, сопловое кольцо с косым срезом, на который нанесены канавки подачи газа, а тракт впрыскиваемой воды состоит из пространства между корпусом и камерой сгорания, и соплового блока, образованного сопловым кольцом с косым срезом, на который нанесены канавки подачи воды, вкладываемым между косым срезом камеры сгорания и головкой камеры смешения, и фиксируемым прижатием последней посредством затяжки резьбового соединения.The technical result is achieved due to the fact that the generator of the gas-steam mixture has a water-cooled combustion chamber with a burner in the form of an annular gas-distributing chamber, which is inserted and tightened by a threaded connection of the burner head, is detachable on a threaded connection and fixed in a bushing with an oblique cut , a nozzle ring with an oblique cut on which the gas supply grooves are applied, and the path of injected water consists of the space between the body and the combustion chamber, and the nozzle block, forming Nogo nozzle ring with an oblique cut, which is applied to the water supply grooves, is inserted between the oblique cut of the combustion chamber and the mixing chamber end, and lockable pressing of the latter by tightening the threaded joint.

Схема газового теплогенератора представлена на фиг. 1. В торце горелочной головки 1 расположена гляделка 2 для контроля пламени; сбоку горелочной головки имеется штуцер 3 для присоединения пневматического рукава для подвода воздуха. Для розжига горелки 4 в стенке камеры сгорания 5, следом за газораспределительной камерой 6 со штуцером 7, имеется резьбовое гнездо для свечи зажигания 8. Свеча зажигания получает питание от магнето или батарейного блока зажигания 9, который может быть закреплен на корпусе 10 теплогенератора. Корпус сопрягается с камерой сгорания с головного торца через чашеобразную вводную камеру 11 со штуцером 12, через которую в зазор между корпусом и камерой сгорания подается вода. Головной торец камеры сгорания заканчивается косым срезом, являющимся втулкой для соплового кольца 13 горелки; следом за срезом на внутренний корпус запрессовывается и приваривается чаша 14 газораспределительной камеры. Камера сгорания имеет три центровочных выступа 15 для фиксации ее концевого среза относительно соплового кольца 16 узла впрыска воды а также корпуса. Сопловое кольцо узла впрыска воды устанавливается в посадочный район головки 17 камеры смешения 18. Головка 17 камеры смешения снабжена резьбой и контргайкой.A diagram of a gas heat generator is shown in FIG. 1. At the end of the burner head 1 is located the viewfinder 2 to control the flame; On the side of the burner head there is a fitting 3 for connecting a pneumatic hose for supplying air. To ignite the burner 4 in the wall of the combustion chamber 5, after the gas distribution chamber 6 with fitting 7, there is a threaded socket for spark plug 8. The spark plug receives power from the magneto or battery ignition unit 9, which can be attached to the heat generator housing 10. The housing mates with the combustion chamber from the head end through a cup-shaped inlet chamber 11 with a nozzle 12, through which water flows into the gap between the housing and the combustion chamber. The head end of the combustion chamber ends with an oblique cut, which is the sleeve for the burner nozzle ring 13; Following the cut, the bowl 14 of the gas distribution chamber is pressed into the inner casing and welded. The combustion chamber has three centering protrusions 15 for fixing its end slice relative to the nozzle ring 16 of the water injection unit as well as the body. The nozzle ring of the water injection unit is installed in the landing region of the head 17 of the mixing chamber 18. The head 17 of the mixing chamber is provided with a thread and a lock nut.

Для контроля контроля параметров газопаровой смеси, камера смешения снабжается бобышками 19 и 20 под термометр и манометр (либо термопару и датчик давления) соответственно, а корпус - бобышкой 21 для термометра (термопары) контроля температуры впрыскиваемой воды.To control the parameters of the gas-vapor mixture, the mixing chamber is supplied with lugs 19 and 20 for a thermometer and a pressure gauge (or a thermocouple and a pressure sensor), respectively, and a housing for a thermometer (thermocouple) for monitoring the temperature of the injected water.

Теплогенератор работает следующим образом. В горелку подается сжатый воздух, и, через сопла газораспределительной камеры, газовое топливо. Производится розжиг горелки при помощи свечи зажигания. Наличие пламени контролируется визуально, либо посредством фотодатчика. В камере сгорания происходит сжигание топливовоздушной смеси под избыточным давлением. Затем продукты сгорания попадают в головку камеры смешения. На этом участке происходит впрыск воды, подводимой к соплам по зазору между корпусом теплогенератора и камерой сгорания, и разогретой за счет теплоотвода от нагретых стенок камеры сгорания. Мелко распыленная перегретая вода взрывообразно вскипает, образуются струи пароводяной смеси, которые на протяжении камеры смешения окончательно перемешиваются с продуктами сгорания, происходит доиспарение крупных капель и образуется однородная газопаровая смесь с заданными параметрами. Температура газопаровой смеси может регулироваться путем изменения расхода впрыскиваемой воды. Для регулирования давления газопаровой смеси достаточно изменить давление воздуха и газа.The heat generator works as follows. Compressed air is fed into the burner, and, through the nozzles of the gas distribution chamber, gas fuel. The burner is ignited using a spark plug. The presence of the flame is controlled visually or by means of a photo sensor. In the combustion chamber, the air-fuel mixture is burned under pressure. Then the combustion products enter the mixing chamber head. In this area, water is injected into the nozzles through the gap between the body of the heat generator and the combustion chamber, and is heated by heat removal from the heated walls of the combustion chamber. Finely sprayed superheated water boils explosively, jets of steam-water mixture are formed, which, during the mixing chamber, are finally mixed with combustion products, co-droplets are evaporated and a homogeneous gas-vapor mixture is formed with specified parameters. The temperature of the gas-vapor mixture can be controlled by changing the flow rate of the injected water. To regulate the pressure of the gas-vapor mixture, it is sufficient to change the air and gas pressure.

Claims

Gas heat generator, consisting of a housing containing a combustion chamber and a water injection device, as well as a mixing chamber for receiving flue gases from the combustion chamber, characterized in that the combustion chamber assembled with the burner is located on the same axis with the mixing chamber, and the body of the heat generator is designed in such a way that a gap is formed between its wall and the wall of the combustion chamber, which is a channel of high pressure water flow, which is then injected at the end of the combustion chamber through the nozzles o block water injection; the burner consists of a burner head with an external thread, a gas distribution chamber formed by a cup-shaped expansion of the combustion chamber of a heat generator with an internal thread for connecting the burner head, and a gas injection nozzle unit, which is a nozzle ring having an oblique end cut with grooves serving as gas injection into the air flow channel; the ring is inserted into the seat bushing at the bottom of the cup-shaped expansion of the combustion chamber, which also has an oblique end cut, and is fixed by tightening the threaded connection of the head with the gas distribution chamber; a nozzle block of water injection is formed, similarly, by an oblique cut of the combustion chamber, on which a nozzle ring is fitted with an oblique cut, provided with grooves for entering water into the flow path of the combustion products, as well as the end wall of the housing with an internal thread and the end of the mixing chamber with an external thread for connecting the mixing chamber to the combustion chamber and fixing the nozzle ring.