Результат интеллектуальной деятельности: КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК КОЧЕТОВА С АКТИВНОЙ НАСАДКОЙ

Изобретение относится к теплообменным аппаратам.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является техническое решение по патенту РФ №2488059, C02B 1/10, содержащее корпус, систему орошения с форсунками, подвод паровоздушной смеси, вентилятор (прототип).

Недостатком известного способа является сравнительно невысокая эффективность из-за невысокой степени распыла жидкости форсунками.

Технический результат - повышение производительности процесса контактного теплообмена в аппарате.

Это достигается тем, что в контактном теплообменнике с активной насадкой, состоящем из корпуса с опорной рамой, изготавливаемого из листовой стали, системы орошения с форсункой, каплеотделителя, активной насадки, выполненной в виде пучка труб, патрубка входа дымовых газов, патрубка выхода дымовых газов, верхней и нижней опорных решеток, патрубок выхода горячей воды, верхнего и нижнего люков для осмотра аппарата, каждая из форсунок системы орошения состоит из двух соосных, связанных между собой цилиндрических втулок: втулки большего диаметра и втулки меньшего диаметра, при этом внутри втулки меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее, причем внешняя поверхность шнека представляет собой винтовую канавку, а внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а во втулке большего диаметра, соосно ей, расположен штуцер, жестко закрепленный в ней, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку, при этом внутри штуцера соосно выполнено цилиндрическое отверстие, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, образованной внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека, а к торцевой поверхности втулки меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня, на каждом из которых закреплены активные распылители, например, выполненные в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры, закрепленные на стержнях, перпендикулярно их осям, причем стержни наклонены в сторону от оси форсунки, т.е. по конической поверхности, вершина которой направлена в сторону втулки большего диаметра.

На фиг. 1 изображена схема контактного теплообменника с активной насадкой, на фиг. 2 - схема форсунки системы орошения, на фиг. 3-6 - варианты форм активной насадки 4.

Контактный теплообменник с активной насадкой - это аппарат рекуперативно-смесительного типа, который имеет некоторые преимущества перед контактными аппаратами с пассивной насадкой, так как нагреваемая среда (вода) не имеет прямого контакта с дымовыми газами и не загрязняется, гидродинамическое сопротивление аппарата меньше. По сравнению с рекуперативными теплообменниками коэффициент теплообмена газоводяной смеси с поверхностью труб в нем выше, что существенно уменьшает его поверхность.

Контактный теплообменник с активной насадкой (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с опорной рамой 5, изготавливаемого из листовой стали, системы орошения 8 с форсункой, каплеотделителя 6, активной насадки 4, выполненной в виде пучка труб, патрубка 3 входа дымовых газов, патрубка 7 - выхода дымовых газов, верхней 9 и нижней 11 опорных решеток, патрубка 2 выхода горячей воды, верхнего 10 и нижнего 12 люков для осмотра аппарата.

Центробежная форсунка 4 (фиг. 2) системы подвода оросительной холодной воды состоит из корпуса, состоящего из двух соосных, связанных между собой цилиндрических втулок: втулки 17 большего диаметра и втулки 16 меньшего диаметра. Внутри втулки 16 меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек 13, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее. Внешняя поверхность шнека 13 представляет собой винтовую канавку с правой (или левой) нарезкой. При этом между внутренней поверхностью втулки 16 меньшего диаметра и внешней поверхностью шнека 13 образована винтовая внешняя полость 15 шнека 13.

Внутри шнека 13 выполнено отверстие 14 с левой (или правой) винтовой нарезкой.

При этом направление винтовой нарезки отверстия 14, выполненного внутри шнека 13, может быть противоположно направлению внешней винтовой канавки шнека.

Во втулке 17 большего диаметра, соосно ей, расположен штуцер 19, жестко закрепленный в ней, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку 18. Внутри штуцера 19 соосно выполнено цилиндрическое отверстие 20, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор 21, который соединен с цилиндрической камерой 22, образованной внутренней поверхностью втулки 16 меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека 13.

К торцевой поверхности втулки 16 меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня 23, на каждом из которых закреплены активные распылители 24, например, выполненные в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры 25, закрепленные на стержнях 23, перпендикулярно их осям, причем стержни наклонены в сторону от оси форсунки, т.е. по конической поверхности, вершина которой направлена в сторону втулки 17 большего диаметра.

Контактный теплообменник с активной насадкой работает следующим образом.

Дымовые газы на входе в контактный аппарат увлажняются, затем происходят нагрев орошающей воды и одновременная конденсация водяных паров из дымовых газов. Нагретая вода и конденсат служат промежуточными теплоносителями при передаче теплоты от дымовых газов к нагреваемой воде, циркулирующей в пучке труб. Последний, с одной стороны, представляет собой теплопередающую поверхность, с другой - выполняет роль насадки, создающей развитую поверхность контакта орошающей воды и уходящих газов. Расход орошающей воды составляет 6-8 м³/ч на 1 м³ площади сечения насадки.

Насадка 4 может иметь несколько независимых рядов горизонтальных трубок, которые объединяются своими коллекторами, что позволяет нагревать в аппарате различные потоки воды. Контактные аппараты можно применять для утилизации теплоты не только дымовых газов, но и паровоздушной смеси от сушильных установок. Их использование в тепловых схемах промышленных котельных по сравнению с традиционными решениями дает экономию топлива 7-12%, экономию капитальных вложений в систему теплоснабжения 5-15% и экономию эксплуатационных затрат 5-15%.

Жидкость подается в форсунку 4 по цилиндрическому отверстию 20 штуцера 19 в диффузор 21, а из него в камеру 22, из которой под давлением поступает одновременно по двум направлениям: во-первых, в винтовую внешнюю полость шнека 13, образуя внешний вращающийся поток жидкости, и, во-вторых - в отверстие 14 с винтовой нарезкой, образуя внутренний вращающийся поток жидкости.

На выходе из форсунки встречаются два вращающихся потока жидкости, причем один поток, например внутренний, совершает вращение в сторону, противоположную внешнему потоку, идущему по шнеку 13, либо может совершать попутное (одинаковое) вращение, если направление винтовых канавок совпадает. При взаимодействии вращающихся потоков на выходе из форсунки происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет их соударения в попутных или противоположно вращающихся потоках жидкости (внешнего и внутреннего). При этом суммарный мелкодисперсный вращающийся поток на выходе может иметь направление вращения, которое определяется гидравлическим сопротивлением соответственно внешней или внутренней винтовых полостей и канавок шнека 13, а может быть стационарным в случае противоположного направления вращения потоков и равенства их приведенных массовых скоростей. Дополнительное дробление капель жидкости происходит за счет наклонно расположенных стержней 23, на каждом из которых закреплены активные распылители 24, например, выполненные в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры 25, закрепленные на стержнях 23.

Возможно выполнение формы активной насадки (фиг. 3) в виде цилиндрического кольца, на боковых, внутренней и наружной поверхностях которого выполнена винтовая нарезка (на чертеже не показано) в противоположных направлениях.

Возможно выполнение формы активной насадки (фиг. 4) в виде шара, на поверхности которого выполнены несквозные отверстия полусферической формы (на чертеже не показано).

Возможно выполнение формы активной насадки (фиг. 5) в виде кольца, на внешней поверхности которого выполнена винтовая поверхность по типу пластинчатого шнека.

Возможно выполнение формы активной насадки (фиг. 6) в виде, по крайне мере, трехлопастного пропеллера.