WO2015057104A1 - Method for heating a liquid and liquid heater based thereon - Google Patents
Method for heating a liquid and liquid heater based thereon Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015057104A1 WO2015057104A1 PCT/RU2014/000710 RU2014000710W WO2015057104A1 WO 2015057104 A1 WO2015057104 A1 WO 2015057104A1 RU 2014000710 W RU2014000710 W RU 2014000710W WO 2015057104 A1 WO2015057104 A1 WO 2015057104A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- liquid
- heating
- heat exchanger
- gaseous medium
- heated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
- F24H1/107—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using fluid fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K5/00—Plants characterised by use of means for storing steam in an alkali to increase steam pressure, e.g. of Honigmann or Koenemann type
- F01K5/02—Plants characterised by use of means for storing steam in an alkali to increase steam pressure, e.g. of Honigmann or Koenemann type used in regenerative installation
Definitions
- the group of inventions relates to the field of power engineering, and in particular to methods and installations for heating a liquid, mainly water, for technological or domestic heating, and can find application in various fields of the national economy.
- a method of heating a liquid which consists in heating an intermediate liquid coolant by sparging its layer with the combustion products obtained as a result of burning fuel with the formation of a water-gas-gas stream, transferring heat of the latter through the wall of a heated liquid, separating water from the water-gas-gas stream by separation, followed by return to the layer and transferring it heat when returning through the wall of the heated fluid, while the gas-vapor flow before throttling is throttled, and the excess pressure e above the layer of the intermediate coolant support in the range of 0.02-0.005 MPa (see RF patent for the invention N ° 2091673, F24H 1/10, publ. 09/27/1997).
- a disadvantage of the known method of heating a liquid in a gas-liquid heat exchanger is the inability to heat an intermediate liquid coolant above the saturation temperature of this coolant, corresponding to the pressure of the fuel combustion products. Increasing the pressure of the combustion products to increase the temperature of the heated fluid in this method necessitates a significant expenditure of energy on the compression of the gaseous oxidizer and gaseous fuel (if used), which dramatically reduces the energy efficiency of heating the liquid.
- the closest in technical essence to the proposed invention is a known method of contact heating of a liquid with gaseous products of fuel combustion with countercurrent flow of heating and heated streams in the heating stage (see the book Sosnin Yu.P. Contact water heaters.- M .: Stroyizdat, 1974, p. 134-135, Fig. 60).
- a heated liquid is supplied to a contact chamber while simultaneously supplying gaseous products of fuel combustion into the chamber from the combustion chamber. Before the heated fluid is supplied to the contact chamber, the liquid is partially heated by the products of fuel combustion leaving the contact chamber.
- a disadvantage of the known method of contact heating of a liquid with fuel combustion products is the inability to heat the liquid above the saturation temperature of this coolant, corresponding to the pressure of the fuel combustion products.
- Increasing the pressure of the combustion products to increase the temperature of the heated liquid in this method requires a significant expenditure of energy on the compression of the gaseous oxidizer and gaseous fuel (if used), which dramatically reduces the energy efficiency of heating the liquid.
- the impossibility of economically increasing the temperature of heating the liquid in the known method limits the scope of the possible use of cheap contact heating of the liquid with high-temperature gases.
- a liquid heater having a hollow body and a flow-through shell-and-tube heat exchanger connected to the body, the cavity of which serves as a furnace and which is equipped with a nozzle for outputting the heated liquid to the consumption of at least one burner and a contact heat exchanger with a nozzle and a droplet separator, between which a distributor for irrigation nozzles supplied with heating fluid, while the housing is made in the form of an intermediate tank equipped with an overflow nozzle in the middle for a heated fluid bones, on the cover of which the shell-and-tube and contact heat exchangers are rigidly fixed, while the burner is installed above the firebox on the end cover of the shell-and-tube heat exchanger, which is connected through the circulation pump to the intermediate tank below the level of the overflow pipe, and the cavity of the furnace and contact heat exchanger communicate through the corresponding openings made in housing cover for oncoming passage of combustion products and heated fluid above the level of the overflow pipe (see RF patent for utility model W ° 9051, F24H 1/00, pub
- a heat generator contains a supercharger, the pressure and suction nozzles of which are connected by a technical fluid circulation pipe equipped with a consumable pipe, an inkjet apparatus located in the pipeline and including a fluid supply pipe connected to a pressure pipe, a nozzle, a receiving chamber with a gas pipe and a mixing chamber, a heat exchanger heated product with a product heater, including a housing with a product supply pipe and placed on the mixing chamber, a settler of a gas-liquid mixture a liquid removal pipe connected to a suction pipe, located in the pipeline and including a technical liquid filter, a drain pipe, a liquid feed pipe and a gas chamber, and also containing a furnace including a combustion chamber and a burner with a gas exhaust pipe connected to the gas pipe, a liquid superheater , a steam generator and a superheater with a nozzle for issuing superheated steam, while the heat exchanger housing is vertically placed, provided with thermal insulation, a heat compensator, for example, a lens,
- the disadvantages of the known heat generator are the high metal consumption and cost due to the use of an expensive steam generator heating surface, as well as low energy efficiency due to the use of a steam injector to increase the pressure of the mains water, the efficiency of which in pump operation is only a few percent and leads to excessive fuel consumption.
- a known liquid heater (a system for utilizing heat of combustion products) comprising a gas duct connected respectively to a heat generator and a chimney with a contact heat exchanger and a condenser with a heated path connected in series along the gases and communicated at the inlet to the return pipe of the heat consumer and equipped with a condensate collector communicated via a pump with a spray device, while in order to increase the economy and fuel efficiency, a spray device placed in the duct after the condenser, and in order to increase the reliability of the system by descaling with a condensate saturated with carbon dioxide, the condensate collector is communicated with the heated condenser path through the pump (see RF patent for invention 2045696, F24B 1/18, publ. 10.10.1995 g.).
- the disadvantages of the known liquid heater are the high metal consumption and the cost of the system for heating water to a high temperature with the help of a hot-water heat generator due to the need to use expensive screen heating surfaces in the heat generator's furnace.
- a gas-liquid contact heat exchanger it is impossible to heat the liquid above the saturation temperature of water corresponding to the pressure combustion products.
- Increasing the pressure of the combustion products to increase the temperature of the heated liquid for this device necessitates a significant expenditure of energy on the compression of the gaseous oxidizer (in this case, air) and gaseous fuel (if applied), which sharply reduces the energy efficiency of the water heater.
- the closest in technical essence to the proposed invention is a known combined-cycle water heater containing a vertical casing with a cylindrical wall, bottom and cover, partially filled with liquid of the first heating circuit, a heat pipe with an immersion burner and a circulation pipe coaxially placed in the casing with ring gaps relative to each other and the latter, a gas outlet and a separation device above the circulation pipe in the gap between the housing and the flame tube, while
- the aration device is made in the form of an annular hemispherical screen partially overlapping the gas outlet from the circulation pipe, located obliquely to the axis of the housing of the breaker and separation rings, interconnected by blades radially placed between these rings, and the down pipes connected to the lower edge of the separation rings and wound in the lower cavity of the housing, and the baffle separation rings are installed relative to each other with a gap narrowing and then expanding along the course of the combined-cycle gas flow in the first heating circuit, while the water heater is equipped with elements for input, output and circulation of liquid in the second heated circuit (
- a steam-gas water heater contains, as a first stage of heating a liquid, a contact heat exchanger (a submersible combustion apparatus), with which combustion products from an immersion burner are directed through a layer of liquid and heat it, and as a second stage of heating a liquid through a heated medium and a first heating medium, surface heat exchanger (expensive heat pipe), in which the plume of the submersible burner through heat transfer through the heat exchange surface carries out the final heating of the liquid.
- a contact heat exchanger a submersible combustion apparatus
- surface heat exchanger expensive heat pipe
- the disadvantages of the known water heater are high metal consumption and cost, as well as significant operating costs associated with the use of a surface heat exchanger - a heat pipe operating in the zone of high temperatures of combustion products, a limited scope due to the inability to heat the liquid above the saturation temperature of the water corresponding to the pressure of the combustion products .
- the gaseous oxidizer in this case, air
- gaseous fuel if applied
- the main objective of the present invention is to increase the efficiency of heating a liquid with a high-temperature gas medium while reducing material and operating costs.
- the only technical result achieved in solving this problem is to provide an increase in the temperature of heating the liquid without compressing the gaseous medium when using contact heat exchange between the heating and heated media in the high temperature zone of the gaseous medium.
- the specified technical result is achieved by the fact that the method of heating the liquid includes preliminary contact heating of the liquid with a heating gaseous medium, subsequent separation of the heated liquid from the heating gaseous medium, compressing the separated heated liquid to a pressure exceeding the saturation pressure, at the required final temperature of heating the liquid, by the margin non-boiling and hydraulic losses, and the final heating of the liquid, after its compression, by the heating gaseous medium, after separation from the heating liquid through the separation solid heat-exchange wall with subsequent removal of the heated liquid to the consumer.
- a surface heat exchanger heating the liquid with the inlet and outlet pipelines of the heating fluid, inlet and outlet ducts of the heating gaseous medium introduced a device for increasing pressure and pumping liquid, to the input of which is connected one pipeline of the heated fluid of the contact heat exchanger, and the outlet pipe of the heated fluid of the surface heat exchanger to the outlet, while the outlet gas duct of the heating gaseous medium of the contact heat exchanger is connected to the inlet gas duct of the heating gaseous medium of the surface heat exchanger.
- a pumping unit or other liquid supercharger should be used as a device for increasing pressure and pumping liquid.
- combustion products of the fuel or combustible air, or hot gases of technological processes, or hot gas that allows contact heat exchange with a liquid.
- An increase in the pressure of the heated fluid (for example, in a device for increasing pressure and pumping the fluid), after the first stage of heating — the contact heater, allows the second stage of heating (for example, a cheap low-temperature surface heat exchanger) to heat the fluid to the required temperature exceeding the maximum temperature of the heated fluid in the contact heater, while maintaining the advantages of contact heat transfer in the high temperature zone of the heating gaseous medium.
- the second stage of heating for example, a cheap low-temperature surface heat exchanger
- a device for increasing pressure and pumping liquid the inlet of which is connected to the outlet pipe of the heated liquid from the contact heat exchanger, and to its outlet, the inlet pipe of the heated liquid of the surface heat exchanger, as well as the connection of the exhaust gas duct of the heating gaseous medium of the contact heat exchanger to the inlet gas duct of the heating gaseous medium of the surface heat exchanger allows you to get the temperature of the heated fluid above the boiling point in the contact heat exchanger without additional energy costs for compression of the gaseous medium, which increases the efficiency of the fluid heating medium at high temperature gaseous reducing material and operating costs.
- the proposed method for heating the liquid is as follows.
- Contact liquid heating is preliminarily carried out (for example, for technological or domestic heat supply) with a heating gaseous medium (for example, hot gases of technological processes), for example, heated liquid and hot gas are supplied to a contact heat exchanger (first heating stage), where the liquid is partially heated due to the heat of hot gases. Heated liquid is removed from the contact heat exchanger, for example, to the inlet of the pressure increasing and pumping device, for example, a pumping unit, and the heating gas the medium is discharged, for example, into the inlet pipe of a surface heat exchanger.
- a heating gaseous medium for example, hot gases of technological processes
- the saturation pressure is determined by the thermophysical properties of the liquid and its temperature, and the numerical value is in the reference literature (see, for example, Thermodynamic properties of water and water vapor: Reference / Rivkin SL., Aleksandrov A.A ..- M .: Energoatomizdat, 1984 g., pp. 7-13) or experimentally.
- the non-boiling stock is determined by the regulatory documents of the Gosgortekhnadzor of Russia, for example, clause 3.5.2 of the Rules for the design and safe operation of steam and hot water boilers (PB 10-574-03) provides a non-boiling stock of at least 20 ° ⁇ .
- Hydraulic pressure loss in the channel is determined depending on the channel configuration, mass flow rate of the medium, its physical properties according to the reference data (see, for example, Hydraulic calculation of boiler units (standard method). / Baldina OM, Lokshin VA, Peterson D.F. et al .; Edited by V.A. Lokshin et al. - M .: Energia, 1978, pp. 8-21, 60-62) or experimentally.
- a heated liquid is supplied from the output of the pressure increasing device and pumping liquid to the surface heat exchanger inlet (second heating stage), heating gaseous medium from a surface heat exchanger, for example, into the environment, or into an economizer (for heating a liquid in front of a contact heat exchanger or for heating another heat carrier), or an air heater, or other heat exchanger, and the heated liquid is diverted to the consumer for technological or municipal heating.
- the invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of the proposed liquid heater.
- the positions in the drawing show the following: 1 - contact heat exchanger; 2 - inlet pipe of the heated fluid of the contact heat exchanger 1; 3 - output pipeline of the heated fluid contact heat exchanger 1; 4 - supply gas duct of the heating gaseous medium to the contact heat exchanger 1; 5 - exhaust gas duct heating gaseous medium from the contact heat exchanger 1; 6 - surface heat exchanger fluid heating; 7 - inlet pipe of the heated fluid of the surface heat exchanger 6; 8 - output pipeline of the heated fluid surface heat exchanger 6; 9 - inlet gas duct of the heating gaseous medium to the surface heat exchanger 6; 10 - exhaust gas duct heating gaseous medium from a surface heat exchanger 6; 1 1 device for increasing pressure and pumping liquid.
- the liquid heater contains a contact heat exchanger 1 for heating the liquid with inlet 2 and outlet 3 pipelines of the heated fluid supplying 4 and 5 exhaust ducts of the heating gaseous medium, a surface heat exchanger 6 heating fluid with the inlet 7 and outlet 8 pipelines of the heating fluid supplying 9 and the exhaust ducts 10 10 gaseous medium, a device for increasing pressure and pumping liquid 1 1.
- a device for increasing pressure and pumping liquid 1 1 To the input of a device for increasing pressure and pumping liquid 1 1 is connected directly or through an auxiliary a device (intended, for example, to change the mass flow rate, chemical or fractional composition, temperature or other parameters of the medium) the outlet pipe 3 of the heated fluid from the contact heat exchanger 1, and is connected directly or through an auxiliary device to the output of the pressure boosting and fluid transfer device 1 1 (intended, for example, to change the mass flow rate, chemical or fractional composition, temperature or other parameters of the environment) inlet pipe 7 of the heated liquid of the surface heat exchanger 6.
- the outlet gas duct 5 of the heating gaseous medium of the contact heat exchanger 1 is connected directly or through an auxiliary device (intended, for example, to change the mass flow rate, chemical or fractional composition, temperature or other parameters of the medium) to the inlet gas duct 9 of the heating gaseous the surface of the heat exchanger 6.
- the surface of the heat exchanger 6 is equipped with a discharge duct 10 for removal of the heating gaseous medium, for example, swirling medium and an outlet conduit 8 for the withdrawal of heated liquid on demand.
- contact heat exchanger 1 for heating a liquid for example, the designs of contact liquid heaters presented in the book Sosnin Yu.P. can be used.
- a surface heat exchanger 6 for heating a liquid for example, a design similar to a water tube economizer used to heat the feed water of boiler units with the products of fuel combustion leaving the boiler can be used (see the book Steam Generators / Ed. By A.P. Kovalev .- M: Energoizdat, 1985, p. 26, Fig. 2.1), or gas pipe (smoke) heating surface (see the book Zykov A.K. Steam and hot water boilers: Reference manual. -M.: Energoatomizdat, 1987, p. 53 , fig. 15).
- heating gaseous medium for example, products of fuel combustion, hot air, hot gases can be used technological processes, or any hot gas that allows contact heat exchange with a liquid.
- the fluid heater operates as follows.
- the heated liquid is supplied through the inlet pipe 2 to the contact heat exchanger 1 (the first heating stage), where the heating gaseous medium is also sent via the supply gas duct 4. Then, through the outlet pipe 3, the heated liquid is discharged from the contact heat exchanger 1 to the inlet of the liquid pressure increasing and pumping device 1 1, in which its pressure rises to a pressure exceeding the saturation pressure at the required temperature of the heated liquid in the outlet pipe 8 of the surface heat exchanger 6 by the amount of non-boiling and subsequent hydraulic losses.
- the heated liquid through the inlet pipe 7 is fed to the inlet of the surface heat exchanger 6 (second heating stage), into the supply duct 9 of which the heating gaseous medium comes from the exhaust gas duct 5 of the contact heat exchanger 1.
- the heating gaseous medium through the exhaust gas duct 10 is removed from the surface heat exchanger 6, for example, into the environment or heat exchanger, but the heated liquid enters the outlet pipe 8. From the outlet pipe 8 of the surface heat exchanger 6, the heated liquid is supplied to the consumer and can be used for technological or domestic heat supply.
- Using the proposed method for heating a liquid and a liquid heater based on it allows to increase the energy efficiency of heating a liquid with a high-temperature gas medium while reducing material, operating costs and the level of technogenic environmental pollution.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Способ нагрева жидкости и нагреватель жидкости на его основе A method of heating a liquid and a liquid heater based on it
Область техники Technical field
Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, а именно к способам и установкам для нагрева жидкости, преимущественно воды, для технологического или коммунально-бытового теплоснабжения, и может найти применение в различных областях народного хозяйства. The group of inventions relates to the field of power engineering, and in particular to methods and installations for heating a liquid, mainly water, for technological or domestic heating, and can find application in various fields of the national economy.
Предшествующий уровень техники State of the art
Известен способ нагрева жидкости, заключающийся в подогреве промежуточного жидкого теплоносителя путем барботирования его слоя полученными в результате сжигания топлива продуктами сгорания с образованием водопарогазового потока, передаче тепла последнего через стенку нагреваемой жидкости, отделении воды из водопарогазового потока путем сепарации с последующим возвратом в слой и передаче ее тепла при возврате через стенку нагреваемой жидкости, при этом водопарогазовый поток перед сепарацией дросселируют, причем избыточное давление над слоем промежуточного теплоносителя поддерживают в диапазоне 0,02-0,005 МПа (см. патент РФ на изобретение N° 2091673, F24H 1/10, опубл. 27.09.1997 г.). There is a method of heating a liquid, which consists in heating an intermediate liquid coolant by sparging its layer with the combustion products obtained as a result of burning fuel with the formation of a water-gas-gas stream, transferring heat of the latter through the wall of a heated liquid, separating water from the water-gas-gas stream by separation, followed by return to the layer and transferring it heat when returning through the wall of the heated fluid, while the gas-vapor flow before throttling is throttled, and the excess pressure e above the layer of the intermediate coolant support in the range of 0.02-0.005 MPa (see RF patent for the invention N ° 2091673, F24H 1/10, publ. 09/27/1997).
Недостатком известного способа нагрева жидкости в газо-жидкостном теплообменнике является невозможность нагрева промежуточного жидкого теплоносителя выше температуры насыщения этого теплоносителя, соответствующей давлению продуктов сгорания топлива. Повышение давления продуктов сгорания для увеличения температуры нагреваемой жидкости в данном способе вызывает необходимость значительных затрат энергии на сжатие газообразного окислителя и газообразного топлива (в случае его применения), что резко снижает энергоэффективность нагрева жидкости. A disadvantage of the known method of heating a liquid in a gas-liquid heat exchanger is the inability to heat an intermediate liquid coolant above the saturation temperature of this coolant, corresponding to the pressure of the fuel combustion products. Increasing the pressure of the combustion products to increase the temperature of the heated fluid in this method necessitates a significant expenditure of energy on the compression of the gaseous oxidizer and gaseous fuel (if used), which dramatically reduces the energy efficiency of heating the liquid.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является известный способ контактного нагрева жидкости газообразными продуктами сгорания топлива с противоточной подачей греющего и нагреваемого потоков в ступени нагрева (см. книгу Соснин Ю.П. Контактные водонагреватели.- М.: Стройиздат, 1974, с. 134-135, рис. 60). В известном способе контактного нагрева жидкости нагреваемую жидкость подают в контактную камеру с одновременной подачей в неё из камеры сгорания газообразных продуктов сгорания топлива. Перед подачей нагреваемой жидкости в контактную камеру жидкость частично нагревают продуктами сго- рания топлива, выходящими из контактной камеры. The closest in technical essence to the proposed invention is a known method of contact heating of a liquid with gaseous products of fuel combustion with countercurrent flow of heating and heated streams in the heating stage (see the book Sosnin Yu.P. Contact water heaters.- M .: Stroyizdat, 1974, p. 134-135, Fig. 60). In the known method of contact heating a liquid, a heated liquid is supplied to a contact chamber while simultaneously supplying gaseous products of fuel combustion into the chamber from the combustion chamber. Before the heated fluid is supplied to the contact chamber, the liquid is partially heated by the products of fuel combustion leaving the contact chamber.
Недостатком известного способа контактного нагрева жидкости продуктами сгорания топлива является невозможность нагрева жидкости выше температуры насыщения этого теплоносителя, соответствующей давлению продуктов сгорания топлива. Повышение давления продуктов сгорания для увеличения температуры нагреваемой жидкости в данном способе требует значительных затрат энергии на сжатие газообразного окислителя и газообразного топлива (в случае его применения), что резко снижает энергоэффективность нагрева жидкости. В свою очередь, невозможность экономичного повышения температуры нагрева жидкости в известном способе ограничивает область возможного применения дешёвого контактного нагрева жидкости высокотемпературными газами. A disadvantage of the known method of contact heating of a liquid with fuel combustion products is the inability to heat the liquid above the saturation temperature of this coolant, corresponding to the pressure of the fuel combustion products. Increasing the pressure of the combustion products to increase the temperature of the heated liquid in this method requires a significant expenditure of energy on the compression of the gaseous oxidizer and gaseous fuel (if used), which dramatically reduces the energy efficiency of heating the liquid. In turn, the impossibility of economically increasing the temperature of heating the liquid in the known method limits the scope of the possible use of cheap contact heating of the liquid with high-temperature gases.
Известен также нагреватель жидкости, имеющий полый корпус и связанные с корпусом проточный кожухотрубчатый теплообменник, полость которого служит топкой и который оснащен патрубком для вывода нагретой жидкости на потребление, по меньшей мере одну горелку и контактный теплообменник с насадкой и каплеотделителем, между которыми установлен раздаточный коллектор для орошения насадки подаваемой на нагрев жидкостью, при этом корпус выполнен в виде оборудованного в средней части переливным патрубком промежуточного бака для нагреваемой жидкости, на крышке которого жестко закреплены кожухотрубчатый и контактный теплообменники, при этом горелка установлена над топкой на торцевой крышке кожухотрубчатого теплообменника, который через циркуляционный насос подключен к промежуточному баку ниже уровня переливного патрубка, а полости топки и контактного теплообменника сообщаются через соответствующие проемы, выполненные в крышке корпуса для встречного прохода продуктов сгорания и подогретой жидкости выше уровня переливного патрубка (см. патент РФ на полезную модель W° 9051, F24H 1/00, опубл. 16.01.1999 г.). Also known is a liquid heater having a hollow body and a flow-through shell-and-tube heat exchanger connected to the body, the cavity of which serves as a furnace and which is equipped with a nozzle for outputting the heated liquid to the consumption of at least one burner and a contact heat exchanger with a nozzle and a droplet separator, between which a distributor for irrigation nozzles supplied with heating fluid, while the housing is made in the form of an intermediate tank equipped with an overflow nozzle in the middle for a heated fluid bones, on the cover of which the shell-and-tube and contact heat exchangers are rigidly fixed, while the burner is installed above the firebox on the end cover of the shell-and-tube heat exchanger, which is connected through the circulation pump to the intermediate tank below the level of the overflow pipe, and the cavity of the furnace and contact heat exchanger communicate through the corresponding openings made in housing cover for oncoming passage of combustion products and heated fluid above the level of the overflow pipe (see RF patent for utility model W ° 9051, F24H 1/00, publ. 16.01.1999).
Недостатками данного нагревателя жидкости являются высокая металлоёмкость и стоимость системы нагрева воды с помощью кожухотрубчатого теплообменника из-за необходимости применения в нем дорогостоящей высокотемпературной (экранной) поверхности нагрева, а также высокие эксплуатационные расходы из-за коррозийного износа кожухотрубчатого теплообменника при работе в зоне высоких температур продуктов сгорания, или же из-за водоподготовки для предотвращения коррозии, что снижает эффективность нагрева жидкости. The disadvantages of this liquid heater are the high metal consumption and the cost of the water heating system using a shell-and-tube heat exchanger due to the need to use an expensive high-temperature (screen) heating surface in it, as well as high operating costs due to the corrosion wear of the shell-and-tube heat exchanger during operation in the high temperature zone of products combustion, or because of water treatment to prevent corrosion, which reduces the efficiency of heating the liquid.
Известен теплогенератор, содержащий нагнетатель, напорный и всасывающий патрубки которого соединены трубопроводом циркуляции технической жидкости, снабженньш расходным патрубком, струйный аппарат, размещенный в трубопроводе и включающий патрубок подвода жидкости, подключенный к напорному патрубку, сопло, приемную камеру с газовым патрубком и камеру смешения, теплообменник нагреваемого продукта с подогревателем продукта, включающий корпус с патрубком подачи продукта и размещенный на камере смешения, отстойник газожидкостной смеси с патрубком удаления жидкости, подключенным к всасывающему патрубку, размещенный в трубопроводе и включающий фильтр технической жидкости, дренажный патрубок, патрубок подпитки жидкости и газовую камеру, а также содержащий топку, включающую камеру горения и горелку с патрубком отвода газа, подключенным к газовому патрубку, перегреватель жидкости, парогенератор и пароперегреватель с патрубком выдачи перегретого пара, при этом корпус теплообменника размещен вертикально, снабжен теплоизоляцией, тепловым компенсатором, например, линзовым, а его днища выполнены с отверстиями в виде верхнего и нижнего фланцев, нижний фланец скреплен, например, болтами с гайками с отстойником посредством дополнительно установленного на нем фланцевого патрубка, камера смешения выполнена в виде нескольких труб, закрепленных в упомянутых отверстиях фланцевых днищ корпуса, упомянутые перегреватель продукта жидкости, парогенератор и пароперегреватель с патрубком вьщачи перегретого пара размещены в корпусе теплообменника, бачок с патрубком подвода технической жидкости включает фланцевое днище с отверстиями, закрепленное на верхнем фланцевом днище корпуса, например, шпильками с гайками, с образованием упомянутой приемной камеры струйного аппарата с газовым патрубком, а сопла струйного аппарата закреплены соосно камерам смешения в отверстиях днищ бачка, например, на резьбе (см. патент РФ на изобретение jV° 2137052, F24H 3/02, опубл. 10.09.1999 г.). A heat generator is known that contains a supercharger, the pressure and suction nozzles of which are connected by a technical fluid circulation pipe equipped with a consumable pipe, an inkjet apparatus located in the pipeline and including a fluid supply pipe connected to a pressure pipe, a nozzle, a receiving chamber with a gas pipe and a mixing chamber, a heat exchanger heated product with a product heater, including a housing with a product supply pipe and placed on the mixing chamber, a settler of a gas-liquid mixture a liquid removal pipe connected to a suction pipe, located in the pipeline and including a technical liquid filter, a drain pipe, a liquid feed pipe and a gas chamber, and also containing a furnace including a combustion chamber and a burner with a gas exhaust pipe connected to the gas pipe, a liquid superheater , a steam generator and a superheater with a nozzle for issuing superheated steam, while the heat exchanger housing is vertically placed, provided with thermal insulation, a heat compensator, for example, a lens, and its bottoms are made with holes in the form of upper and lower flanges, the lower flange is fastened, for example, by bolts with nuts with a sump by means of an additionally installed flange pipe on it, the mixing chamber is made in the form of several pipes fixed in the said holes of the flange bottoms of the body, the aforementioned superheater liquid product, steam generator and superheater with the superheated steam nozzle is placed in the heat exchanger body, the tank with the technical fluid supply nozzle includes a flange bottom with holes fixed to the upper flange bottom of the housing, for example, with studs and nuts, with the formation of the said receiving chamber of the jet apparatus with a gas nozzle, and the nozzles of the jet apparatus are fixed coaxial to the mixing chambers in the openings of the bottoms of the tank, for example, on a thread (see RF patent for the invention jV ° 2137052, F24H 3/02, publ. 09/10/1999).
Недостатками известного теплогенератора являются высокая металлоёмкость и стоимость из-за использования дорогостоящей парогенераторной поверхности нагрева, а также низкая энергетическая эффективность из-за применения парового инжектора для повышения давления сетевой воды, КПД которого в насосном режиме работы составляет всего несколько процентов и приводит к перерасходу топлива. The disadvantages of the known heat generator are the high metal consumption and cost due to the use of an expensive steam generator heating surface, as well as low energy efficiency due to the use of a steam injector to increase the pressure of the mains water, the efficiency of which in pump operation is only a few percent and leads to excessive fuel consumption.
Известен нагреватель жидкости (система утилизации тепла продуктов сгорания), содержащий подключенный соответственно к теплогенератору и дымовой трубе газоход с последовательно установленными в нем по ходу газов контактным теплообменником и конденсатором с нагреваемым трактом, сообщенным на входе с обратным трубопроводом теплопотребителя и снабженным сборником конденсата, сообщенным через насос с разбрызгивающим устройством, при этом с целью повышения экономичности и эффективности использования топлива, разбрызгивающее устройство размещено в газоходе после конденсатора, а с целью повышения надежности работы системы путем удаления накипи конденсатом, насыщенным углекислотой, сборник конденсата сообщен с нагреваемым трактом конденсатора через упомянутый насос (см. патент РФ на изобретение 2045696, F24B 1/18, опубл. 10.10.1995 г.). A known liquid heater (a system for utilizing heat of combustion products) comprising a gas duct connected respectively to a heat generator and a chimney with a contact heat exchanger and a condenser with a heated path connected in series along the gases and communicated at the inlet to the return pipe of the heat consumer and equipped with a condensate collector communicated via a pump with a spray device, while in order to increase the economy and fuel efficiency, a spray device placed in the duct after the condenser, and in order to increase the reliability of the system by descaling with a condensate saturated with carbon dioxide, the condensate collector is communicated with the heated condenser path through the pump (see RF patent for invention 2045696, F24B 1/18, publ. 10.10.1995 g.).
Недостатками известного нагревателя жидкости являются высокая металлоёмкость и стоимость системы нагрева воды до высокой температуры с помощью водогрейного теплогенератора из-за необходимости применения в топке теплогенератора дорогостоящих экранных поверхностей нагрева. Кроме того, в контактном газо-жидкостном теплообменнике невозможно нагреть жидкость выше температуры насыщения воды, соответствующей давлению продуктов сгорания. Повышение давления продуктов сгорания для увеличения температуры нагреваемой жидкости для данного устройства вызывает необходимость значительных затрат энергии на сжатие газообразного окислителя (в данном случае - воздуха) и газообразного топлива (в случае его применения), что резко снижает энергоэффективность водонагревателя. В поверхностном конденсаторе водяных паров продуктов сгорания температура нагрева жидкости ограничена температурой конденсации водяных паров продуктов сгорания. Таким образом, в данной системе утилизации тепла продуктов сгорания ни контактный газо-жидкостный теплообменник, ни конденсатор водяных паров продуктов сгорания не могут при нагреве воды до высокой температуры (выше температуры насыщения воды, соответствующей давлению продуктов сгорания) заместить собой теплогенератор с дорогостоящими экранными поверхностями нагрева, что снижает эффективность нагрева жидкости. The disadvantages of the known liquid heater are the high metal consumption and the cost of the system for heating water to a high temperature with the help of a hot-water heat generator due to the need to use expensive screen heating surfaces in the heat generator's furnace. In addition, in a gas-liquid contact heat exchanger, it is impossible to heat the liquid above the saturation temperature of water corresponding to the pressure combustion products. Increasing the pressure of the combustion products to increase the temperature of the heated liquid for this device necessitates a significant expenditure of energy on the compression of the gaseous oxidizer (in this case, air) and gaseous fuel (if applied), which sharply reduces the energy efficiency of the water heater. In a surface condenser of water vapor of combustion products, the temperature of heating the liquid is limited by the temperature of condensation of water vapor of the combustion products. Thus, in this system of heat recovery of combustion products, neither a contact gas-liquid heat exchanger, nor a condenser of water vapor of the combustion products can replace a heat generator with expensive screen heating surfaces when the water is heated to a high temperature (above the saturation temperature of the water corresponding to the pressure of the combustion products) , which reduces the efficiency of heating the liquid.
Также наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является известный парогазовый водонагреватель, содержащий вертикальный корпус с цилиндрической стенкой, днищем и крышкой, частично заполненный жидкостью первого греющего контура циркуляции, жаровую трубу с погружной горелкой и циркуляционную трубу, коаксиально размещенные в корпусе с кольцевыми зазорами относительно друг друга и последнего, вывод газа и сепарационное устройство над циркуляционной трубой в зазоре между корпусом и жаровой трубой, при этом сепарационное устройство выполнено в виде кольцевого полусферического экрана, частично перекрывающего выход газов из циркуляционной трубы, расположенных наклонно к оси корпуса отбойных и сепарационных колец, соединенных между собой лопатками, радиально размещенными между этими кольцами, и опускных труб, соединенных с нижней кромкой сепарационных колец и заведенных в нижнюю полость корпуса, причем отбойные сепарационные кольца установлены относительно друг друга с зазором, сужающимся и затем расширяющимся по ходу движения парогазового потока в первом греющем контуре циркуляции, при этом водонагреватель снабжен элементами для ввода, вывода и циркуляции жидкости во втором нагреваемом контуре циркуляции (см. патент РФ на изобретение 2079796, F24H 1/20, опубл. 20.05.1997 г.). Also the closest in technical essence to the proposed invention is a known combined-cycle water heater containing a vertical casing with a cylindrical wall, bottom and cover, partially filled with liquid of the first heating circuit, a heat pipe with an immersion burner and a circulation pipe coaxially placed in the casing with ring gaps relative to each other and the latter, a gas outlet and a separation device above the circulation pipe in the gap between the housing and the flame tube, while The aration device is made in the form of an annular hemispherical screen partially overlapping the gas outlet from the circulation pipe, located obliquely to the axis of the housing of the breaker and separation rings, interconnected by blades radially placed between these rings, and the down pipes connected to the lower edge of the separation rings and wound in the lower cavity of the housing, and the baffle separation rings are installed relative to each other with a gap narrowing and then expanding along the course of the combined-cycle gas flow in the first heating circuit, while the water heater is equipped with elements for input, output and circulation of liquid in the second heated circuit (see RF patent for the invention 2079796, F24H 1/20, publ. 05/20/1997).
Парогазовый водонагреватель содержит в качестве первой ступени нагрева жидкости - контактный теплообменник (аппарат погружного горения), с помощью которого продукты сгорания из погружной горелки направляются через слой жидкости и нагревают ее, а в качестве второй ступени нагрева жидкости по нагреваемой среде и первой по греющей среде - поверхностный теплообменник (дорогостоящую жаровую трубу), в котором факел погружной горелки путем теплопередачи через поверхность теплообмена осуществляет окончательный нагрев жидкости . A steam-gas water heater contains, as a first stage of heating a liquid, a contact heat exchanger (a submersible combustion apparatus), with which combustion products from an immersion burner are directed through a layer of liquid and heat it, and as a second stage of heating a liquid through a heated medium and a first heating medium, surface heat exchanger (expensive heat pipe), in which the plume of the submersible burner through heat transfer through the heat exchange surface carries out the final heating of the liquid.
Недостатками известного водонагревателя являются высокая металлоёмкость и стоимость, а также значительные эксплуатационные затраты, связанные с использованием поверхностного теплообменника - жаровой трубы, работающей в зоне высоких температур продуктов сгорания, ограниченная сфера применения из-за невозможности нагрева жидкости выше температуры насыщения воды, соответствующей давлению продуктов сгорания. В случае повышения давления продуктов сгорания для увеличения температуры нагреваемой жидкости в данном устройстве возникает необходимость значительных затрат энергии на сжатие газообразного окислителя (в данном случае - воздуха) и газообразного топлива (в случае его применения), что резко снижает энергоэффективность водонагревателя. The disadvantages of the known water heater are high metal consumption and cost, as well as significant operating costs associated with the use of a surface heat exchanger - a heat pipe operating in the zone of high temperatures of combustion products, a limited scope due to the inability to heat the liquid above the saturation temperature of the water corresponding to the pressure of the combustion products . In the case of increasing the pressure of the combustion products to increase the temperature of the heated liquid in this device, there is a need for a significant expenditure of energy on the compression of the gaseous oxidizer (in this case, air) and gaseous fuel (if applied), which sharply reduces the energy efficiency of the water heater.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Основной задачей настоящего изобретения является повышение эффективности нагрева жидкости высокотемпературной газовой средой при снижении материальных и эксплуатационных расходов. The main objective of the present invention is to increase the efficiency of heating a liquid with a high-temperature gas medium while reducing material and operating costs.
Единым техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является обеспечение повышения температуры нагрева жидкости без сжатия газообразной среды при использовании контактного теплообмена между греющей и нагреваемой средами в зоне высокой температуры газообразной среды. Указанный технический результат достигается тем, что способ нагрева жидкости включает предварительный контактный нагрев жидкости греющей газообразной средой, последующее отделение нагреваемой жидкости от греющей газообразной среды, сжатие отделённой нагреваемой жидкости до давления, превышающего давление насыщения, при требуемой конечной температуре нагрева жидкости, на величину запаса на невскипание и гидравлические потери, и окончательный нагрев жидкости, после её сжатия, греющей газообразной средой, после отделения от неё нагреваемой жидкости, через разделительную твердую теплообменную стенку с последующим отводом нагретой жидкости потребителю. The only technical result achieved in solving this problem is to provide an increase in the temperature of heating the liquid without compressing the gaseous medium when using contact heat exchange between the heating and heated media in the high temperature zone of the gaseous medium. The specified technical result is achieved by the fact that the method of heating the liquid includes preliminary contact heating of the liquid with a heating gaseous medium, subsequent separation of the heated liquid from the heating gaseous medium, compressing the separated heated liquid to a pressure exceeding the saturation pressure, at the required final temperature of heating the liquid, by the margin non-boiling and hydraulic losses, and the final heating of the liquid, after its compression, by the heating gaseous medium, after separation from the heating liquid through the separation solid heat-exchange wall with subsequent removal of the heated liquid to the consumer.
Целесообразно, чтобы в качестве греющей газообразной среды были использованы либо продукты сгорания топлива, либо горячий воздух, либо горячие газы технологических процессов, либо горячий газ, допускающий контактный теплообмен с жидкостью. It is advisable that either combustion products of fuel, or hot air, or hot gases of technological processes, or hot gas allowing contact heat exchange with a liquid be used as a heating gaseous medium.
Указанный технический результат достигается также тем, что в нагреватель жидкости, содержащий контактный теплообменник нагрева жидкости с входным и выходным трубопроводами нагреваемой жидкости, подводящим и отводящим газоходами греющей газообразной среды, поверхностный теплообменник нагрева жидкости с входным и выходным трубопроводами нагреваемой жидкости, подводящим и отводящим газоходами греющей газообразной среды, согласно изобретения, введено устройство повышения давления и перекачки жидкости, ко входу которого подключен выходной трубопровод нагреваемой жидкости контактного теплообменника, а к выходу - входной трубопровод нагреваемой жидкости поверхностного теплообменника, при этом отводящий газоход греющей газообразной среды контактного теплообменника подключен к подводящему газоходу греющей газообразной среды поверхностного теплообменника. The specified technical result is also achieved by the fact that in the liquid heater containing a contact heat exchanger for heating the liquid with the inlet and outlet pipelines of the heated fluid supplying and discharging ducts of the heating gaseous medium, a surface heat exchanger heating the liquid with the inlet and outlet pipelines of the heating fluid, inlet and outlet ducts of the heating gaseous medium, according to the invention, introduced a device for increasing pressure and pumping liquid, to the input of which is connected one pipeline of the heated fluid of the contact heat exchanger, and the outlet pipe of the heated fluid of the surface heat exchanger to the outlet, while the outlet gas duct of the heating gaseous medium of the contact heat exchanger is connected to the inlet gas duct of the heating gaseous medium of the surface heat exchanger.
Целесообразно, чтобы в качестве устройства повышения давления и перекачки жидкости была использована насосная установка или иной нагнетатель жидкости. It is advisable that as a device for increasing pressure and pumping liquid, a pumping unit or other liquid supercharger should be used.
Предпочтительно, чтобы в качестве греющей газообразной среды были использованы либо продукты сгорания топлива, либо горючий воздух, либо горячие газы технологических процессов, либо горячий газ, допускающий контактный теплообмен с жидкостью. Preferably, either the combustion products of the fuel, or combustible air, or hot gases of technological processes, or hot gas that allows contact heat exchange with a liquid.
Повышение давления нагреваемой жидкости (например, в устройстве повышения давления и перекачки жидкости), после первой ступени нагрева - контактного нагревателя, позволяет во второй ступени нагрева (например, дешёвом низкотемпературном поверхностном теплообменнике) нагреть жидкость до необходимой температуры, превышающей предельную температуру нагреваемой жидкости в контактном нагревателе, при сохранении преимуществ контактного теплообмена в зоне высоких температур греющей газообразной среды. An increase in the pressure of the heated fluid (for example, in a device for increasing pressure and pumping the fluid), after the first stage of heating — the contact heater, allows the second stage of heating (for example, a cheap low-temperature surface heat exchanger) to heat the fluid to the required temperature exceeding the maximum temperature of the heated fluid in the contact heater, while maintaining the advantages of contact heat transfer in the high temperature zone of the heating gaseous medium.
Введение устройства повышения давления и перекачки жидкости, к входу которого подключен выходной трубопровод нагреваемой жидкости из контактного теплообменника, а к её выходу - входной трубопровод нагреваемой жидкости поверхностного теплообменника, а также подключение отводящего газохода греющей газообразной среды контактного теплообменника к подводящему газоходу греющей газообразной среды поверхностного теплообменника, позволяет получить температуру нагреваемой жидкости выше температуры кипения в контактном теплообменнике без дополнительных затрат энергии на сжатие газообразной среды, что обеспечивает повышение эффективности нагрева жидкости высокотемпературной газовой средой при снижении материальных и эксплуатационных расходов. The introduction of a device for increasing pressure and pumping liquid, the inlet of which is connected to the outlet pipe of the heated liquid from the contact heat exchanger, and to its outlet, the inlet pipe of the heated liquid of the surface heat exchanger, as well as the connection of the exhaust gas duct of the heating gaseous medium of the contact heat exchanger to the inlet gas duct of the heating gaseous medium of the surface heat exchanger allows you to get the temperature of the heated fluid above the boiling point in the contact heat exchanger without additional energy costs for compression of the gaseous medium, which increases the efficiency of the fluid heating medium at high temperature gaseous reducing material and operating costs.
Предложенный способ нагрева жидкости осуществляют следующим образом. The proposed method for heating the liquid is as follows.
Предварительно осуществляют контактный нагрев жидкости (например, для технологического или коммунально-бытового теплоснабжения) греющей газообразной средой (например, горячими газами технологических процессов), например, подают нагреваемую жидкость и горячий газ в контактный теплообменник (первую ступень нагрева), где происходит частичный нагрев жидкости за счёт теплоты горячих газов. Из контактного теплообменника отводят нагреваемую жидкость, например, на вход устройства повышения давления и перекачки жидкости, например насосной установки, а греющую газообразную среду отводят, например, во входной трубопровод поверхностного теплообменника. Повышают давление нагреваемой жидкости в устройстве повышения давления и перекачки жидкости до значения, превышающего давление насыщения при требуемой температуре нагретой жидкости в выходном трубопроводе поверхностного теплообменника на величину запаса по невскипанию и последующих гидравлических потерь. При этом давление насыщения определяется теплофизическими свойствами жидкости и её температурой, а численное значение находится в справочной литературе (см. например, Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник / Ривкин СЛ., Александров А.А..- М.: Энергоатомиздат, 1984 г., с. 7-13) или экспериментально. Запас по невскипанию определяется нормативными документами Госгортехнадзора России, например, пунктом 3.5.2 Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (ПБ 10- 574-03) предусмотрен запас по невскипанию не менее 20°С. Гидравлические потери давления в канале определяются в зависимости от конфигурации канала, массового расхода среды, её физических свойств по справочным данным (см. например, Гидравлический расчёт котельных агрегатов (нормативный метод). / Балдина О.М., Локшин В.А., Петерсон Д.Ф. и др.; Под ред. В.А.Локшина и др. - М.: Энергия, 1978 г., с. 8-21, 60-62) или экспериментально. Contact liquid heating is preliminarily carried out (for example, for technological or domestic heat supply) with a heating gaseous medium (for example, hot gases of technological processes), for example, heated liquid and hot gas are supplied to a contact heat exchanger (first heating stage), where the liquid is partially heated due to the heat of hot gases. Heated liquid is removed from the contact heat exchanger, for example, to the inlet of the pressure increasing and pumping device, for example, a pumping unit, and the heating gas the medium is discharged, for example, into the inlet pipe of a surface heat exchanger. Increase the pressure of the heated liquid in the device for increasing the pressure and pumping the liquid to a value exceeding the saturation pressure at the required temperature of the heated liquid in the outlet pipe of the surface heat exchanger by the amount of non-boiling margin and subsequent hydraulic losses. The saturation pressure is determined by the thermophysical properties of the liquid and its temperature, and the numerical value is in the reference literature (see, for example, Thermodynamic properties of water and water vapor: Reference / Rivkin SL., Aleksandrov A.A ..- M .: Energoatomizdat, 1984 g., pp. 7-13) or experimentally. The non-boiling stock is determined by the regulatory documents of the Gosgortekhnadzor of Russia, for example, clause 3.5.2 of the Rules for the design and safe operation of steam and hot water boilers (PB 10-574-03) provides a non-boiling stock of at least 20 ° С. Hydraulic pressure loss in the channel is determined depending on the channel configuration, mass flow rate of the medium, its physical properties according to the reference data (see, for example, Hydraulic calculation of boiler units (standard method). / Baldina OM, Lokshin VA, Peterson D.F. et al .; Edited by V.A. Lokshin et al. - M .: Energia, 1978, pp. 8-21, 60-62) or experimentally.
Затем осуществляют окончательный нагрев жидкости, после её сжатия, греющими газами, после отделения от них нагреваемой жидкости, через разделительную твердую теплообменную стенку, например, подают нагреваемую жидкость с выхода устройства повышения давления и перекачки жидкости на вход поверхностного теплообменника (вторую ступень нагрева), Отводят греющую газообразную среду из поверхностного теплообменника, например, в окружающую среду, или в экономайзер (для подогрева жидкости перед контактным теплообменником или нагрева иного теплоносителя), или воздухоподогреватель, или иной теплообменный аппарат, а нагретую жидкость отводят потребителю для технологического или коммунально-бытового теплоснабжения. Краткое описание чертежей Then, the final heating of the liquid is carried out, after its compression, by the heating gases, after separation of the heated liquid from them, through a solid separation heat exchange wall, for example, a heated liquid is supplied from the output of the pressure increasing device and pumping liquid to the surface heat exchanger inlet (second heating stage), heating gaseous medium from a surface heat exchanger, for example, into the environment, or into an economizer (for heating a liquid in front of a contact heat exchanger or for heating another heat carrier), or an air heater, or other heat exchanger, and the heated liquid is diverted to the consumer for technological or municipal heating. Brief Description of the Drawings
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная схема предложенного нагревателя жидкости. Позиции на чертеже показывают следующее: 1 - контактный теплообменник; 2 - входной трубопровод нагреваемой жидкости контактного теплообменника 1 ; 3 - выходной трубопровод нагреваемой жидкости контактного теплообменника 1 ; 4 - подводящий газоход греющей газообразной среды к контактному теплообменнику 1; 5 - отводящий газоход греющей газообразной среды от контактного теплообменника 1 ; 6 - поверхностный теплообменник нагрева жидкости; 7 - входной трубопровод нагреваемой жидкости поверхностного теплообменника 6; 8 - выходной трубопровод нагреваемой жидкости поверхностного теплообменника 6; 9 - подводящий газоход греющей газообразной среды к поверхностному теплообменнику 6; 10 - отводящий газоход греющей газообразной среды от поверхностного теплообменника 6; 1 1 устройство повышения давления и перекачки жидкости. The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of the proposed liquid heater. The positions in the drawing show the following: 1 - contact heat exchanger; 2 - inlet pipe of the heated fluid of the contact heat exchanger 1; 3 - output pipeline of the heated fluid contact heat exchanger 1; 4 - supply gas duct of the heating gaseous medium to the contact heat exchanger 1; 5 - exhaust gas duct heating gaseous medium from the contact heat exchanger 1; 6 - surface heat exchanger fluid heating; 7 - inlet pipe of the heated fluid of the surface heat exchanger 6; 8 - output pipeline of the heated fluid surface heat exchanger 6; 9 - inlet gas duct of the heating gaseous medium to the surface heat exchanger 6; 10 - exhaust gas duct heating gaseous medium from a surface heat exchanger 6; 1 1 device for increasing pressure and pumping liquid.
Лучший вариант осуществления изобретения The best embodiment of the invention
Нагреватель жидкости содержит контактный теплообменник 1 нагрева жидкости с входным 2 и выходным 3 трубопроводами нагреваемой жидкости, подводящим 4 и отводящим 5 газоходами греющей газообразной среды, поверхностный теплообменник 6 нагрева жидкости с входным 7 и выходным 8 трубопроводами нагреваемой жидкости, подводящим 9 и отводящим 10 газоходами греющей газообразной среды, устройство повышения давления и перекачки жидкости 1 1. Ко входу устройства повышения давления и перекачки жидкости 1 1 подключен непосредственно или через вспомогательное устройство (предназначенное, например, для изменения массового расхода, химического или фракционного состава, температуры или других параметров среды) выходной трубопровод 3 нагреваемой жидкости из контактного теплообменника 1 , а к выходу устройства повышения давления и перекачки жидкости 1 1 подключен непосредственно или через вспомогательное устройство (предназначенное, например, для изменения массового расхода, химического или фракционного состава, температуры или других параметров среды) входной трубопровод 7 нагреваемой жидкости поверхностного теплообменника 6. При этом отводящий газоход 5 греющей газообразной среды контактного теплообменника 1 подключен непосредственно или через вспомогательное устройство (предназначенное, например, для изменения массового расхода, химического или фракционного состава, температуры или других параметров среды) к подводящему газоходу 9 греющей газообразной среды поверхностного теплообменника 6. Поверхностный теплообменник 6 оснащен отводящим газоходом 10 для отвода греющей газообразной среды, например, в окружающую среду, и выходным трубопроводом 8 для вывода нагретой жидкости на потребление. The liquid heater contains a contact heat exchanger 1 for heating the liquid with inlet 2 and outlet 3 pipelines of the heated fluid supplying 4 and 5 exhaust ducts of the heating gaseous medium, a surface heat exchanger 6 heating fluid with the inlet 7 and outlet 8 pipelines of the heating fluid supplying 9 and the exhaust ducts 10 10 gaseous medium, a device for increasing pressure and pumping liquid 1 1. To the input of a device for increasing pressure and pumping liquid 1 1 is connected directly or through an auxiliary a device (intended, for example, to change the mass flow rate, chemical or fractional composition, temperature or other parameters of the medium) the outlet pipe 3 of the heated fluid from the contact heat exchanger 1, and is connected directly or through an auxiliary device to the output of the pressure boosting and fluid transfer device 1 1 (intended, for example, to change the mass flow rate, chemical or fractional composition, temperature or other parameters of the environment) inlet pipe 7 of the heated liquid of the surface heat exchanger 6. In this case, the outlet gas duct 5 of the heating gaseous medium of the contact heat exchanger 1 is connected directly or through an auxiliary device (intended, for example, to change the mass flow rate, chemical or fractional composition, temperature or other parameters of the medium) to the inlet gas duct 9 of the heating gaseous the surface of the heat exchanger 6. The surface of the heat exchanger 6 is equipped with a discharge duct 10 for removal of the heating gaseous medium, for example, swirling medium and an outlet conduit 8 for the withdrawal of heated liquid on demand.
В качестве контактного теплообменника 1 нагрева жидкости могут быть использованы, например, конструкции контактных нагревателей жидкости, представленные в книге Соснин Ю.П. Контактные водонагреватели.- М.: Стройиздат, 1974, с. 241-248, рис. 96-104, или в книге Алабовский А.Н., Удыма П.Г. Аппараты погружного горения.- М.: Издательство МЭИ, 1994, с. 147, 148, рис. 6.2, 6.3. As a contact heat exchanger 1 for heating a liquid, for example, the designs of contact liquid heaters presented in the book Sosnin Yu.P. can be used. Contact water heaters.- M .: Stroyizdat, 1974, p. 241-248, fig. 96-104, or in the book Alabovsky A.N., Udyma P.G. Devices of submersible combustion.- M .: Publishing House MPEI, 1994, p. 147, 148, fig. 6.2, 6.3.
В качестве поверхностного теплообменника 6 нагрева жидкости может быть использована, например, конструкция, аналогичная водотрубному экономайзеру, применяемому для подогрева питательной воды котельных агрегатов уходящими из котла продуктами сгорания топлива (см. книгу Парогенераторы/ Под общ. ред. А.П. Ковалева.- М: Энергоиздат, 1985, с. 26, рис. 2.1), или газотрубная (дымогарная) поверхность нагрева (см. книгу Зыков А. К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. -М.:Энергоатомиздат, 1987, с. 53, рис. 15). As a surface heat exchanger 6 for heating a liquid, for example, a design similar to a water tube economizer used to heat the feed water of boiler units with the products of fuel combustion leaving the boiler can be used (see the book Steam Generators / Ed. By A.P. Kovalev .- M: Energoizdat, 1985, p. 26, Fig. 2.1), or gas pipe (smoke) heating surface (see the book Zykov A.K. Steam and hot water boilers: Reference manual. -M.: Energoatomizdat, 1987, p. 53 , fig. 15).
В качестве устройства повышения давления и перекачки жидкости 1 1 может быть использована, например, насосная установка, представленная в книге Лысов К.И., Григорьев К.Т. Насосы и насосные станции.- М.: Колос, 1977, с. 33, рис. 15. As a device for increasing pressure and pumping liquid 1 1, for example, a pumping unit presented in the book Lysov K.I., Grigoriev K.T. Pumps and pumping stations.- M .: Kolos, 1977, p. 33, fig. fifteen.
В качестве греющей газообразной среды могут быть использованы, например, продукты сгорания топлива, горячий воздух, горячие газы технологических процессов, либо любой горячий газ, допускающий контактный теплообмен с жидкостью. As a heating gaseous medium, for example, products of fuel combustion, hot air, hot gases can be used technological processes, or any hot gas that allows contact heat exchange with a liquid.
Нагреватель жидкости работает следующим образом. The fluid heater operates as follows.
Нагреваемая жидкость по входному трубопроводу 2 подаётся в контактный теплообменник 1 (первую ступень нагрева), куда также по подводящему газоходу 4 направляется греющая газообразная среда. Затем по выходному трубопроводу 3 нагреваемая жидкость отводится из контактного теплообменника 1 на вход устройства повышения давления и перекачки жидкости 1 1, в котором её давление повышается до давления, превышающего давление насыщения при требуемой температуре нагретой жидкости в выходном трубопроводе 8 поверхностного теплообменника 6 на величину запаса по невскипанию и последующих гидравлических потерь. После этого, с помощью устройства повьппения давления и перекачки жидкости 1 1, нагреваемая жидкость по входному трубопроводу 7 подаётся на вход поверхностного теплообменника 6 (вторую ступень нагрева), в подводящий газоход 9 которого греющая газообразная среда поступает из отводящего газохода 5 контактного теплообменника 1. После прохода по теплообменной поверхности нагревателя 6 греющая газообразная среда по отводящему газоходу 10 удаляется из поверхностного теплообменника 6, например, в окружающую среду или теплообменное устройство, а нагретая жидкость поступает в выходной трубопровод 8. Из выходного трубопровода 8 поверхностного теплообменника 6 нагретая жидкость подается потребителю и может быть использована для технологического или коммунально-бытового теплоснабжения. The heated liquid is supplied through the inlet pipe 2 to the contact heat exchanger 1 (the first heating stage), where the heating gaseous medium is also sent via the supply gas duct 4. Then, through the outlet pipe 3, the heated liquid is discharged from the contact heat exchanger 1 to the inlet of the liquid pressure increasing and pumping device 1 1, in which its pressure rises to a pressure exceeding the saturation pressure at the required temperature of the heated liquid in the outlet pipe 8 of the surface heat exchanger 6 by the amount of non-boiling and subsequent hydraulic losses. After that, using the device for increasing the pressure and pumping liquid 1 1, the heated liquid through the inlet pipe 7 is fed to the inlet of the surface heat exchanger 6 (second heating stage), into the supply duct 9 of which the heating gaseous medium comes from the exhaust gas duct 5 of the contact heat exchanger 1. After of passage along the heat exchange surface of the heater 6, the heating gaseous medium through the exhaust gas duct 10 is removed from the surface heat exchanger 6, for example, into the environment or heat exchanger, but the heated liquid enters the outlet pipe 8. From the outlet pipe 8 of the surface heat exchanger 6, the heated liquid is supplied to the consumer and can be used for technological or domestic heat supply.
Использование предложенных способа нагрева жидкости и нагревателя жидкости на его основе позволяет повысить энергоэффективность нагрева жидкости высокотемпературной газовой средой при снижении материальных, эксплуатационных расходов и уровня техногенного загрязнения окружающей среды. Using the proposed method for heating a liquid and a liquid heater based on it allows to increase the energy efficiency of heating a liquid with a high-temperature gas medium while reducing material, operating costs and the level of technogenic environmental pollution.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013146725/06A RU2533591C1 (en) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | Liquid heating method and liquid heater on its basis |
| RU2013146725 | 2013-10-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015057104A1 true WO2015057104A1 (en) | 2015-04-23 |
Family
ID=52828434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000710 Ceased WO2015057104A1 (en) | 2013-10-18 | 2014-09-24 | Method for heating a liquid and liquid heater based thereon |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2533591C1 (en) |
| WO (1) | WO2015057104A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1474376A1 (en) * | 1987-07-16 | 1989-04-23 | Одесский Инженерно-Строительный Институт | Waste heat unit for hot gases |
| SU1553780A1 (en) * | 1988-06-22 | 1990-03-30 | Среднеазиатское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института "Внипиэнергопром" | Direct contact heater |
| US6776153B1 (en) * | 2003-03-11 | 2004-08-17 | B. Keith Walker | Hybrid atmospheric water heater |
| RU2323384C1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-04-27 | Сергей Леонидович Торопов | Heat waste recover |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2176766C2 (en) * | 1997-03-07 | 2001-12-10 | Кулешов Михаил Иванович | Hot-water boiler |
-
2013
- 2013-10-18 RU RU2013146725/06A patent/RU2533591C1/en active IP Right Revival
-
2014
- 2014-09-24 WO PCT/RU2014/000710 patent/WO2015057104A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1474376A1 (en) * | 1987-07-16 | 1989-04-23 | Одесский Инженерно-Строительный Институт | Waste heat unit for hot gases |
| SU1553780A1 (en) * | 1988-06-22 | 1990-03-30 | Среднеазиатское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института "Внипиэнергопром" | Direct contact heater |
| US6776153B1 (en) * | 2003-03-11 | 2004-08-17 | B. Keith Walker | Hybrid atmospheric water heater |
| RU2323384C1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-04-27 | Сергей Леонидович Торопов | Heat waste recover |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2533591C1 (en) | 2014-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2017214759A1 (en) | Substance thermal separation device for fuel gas, fuel oil and fused salt integrated boiler | |
| CN104406144A (en) | Double-medium waste heat boiler | |
| CN106338056B (en) | A kind of horizontal side burning formula coil arrangement Quick steam generating system | |
| RU2246661C1 (en) | Mobile boiler plant | |
| RU2463460C1 (en) | Condensation steam power plant | |
| RU2622143C1 (en) | Method of use of organic rankine cycle plant for providing objects of crude oil treating plant with heat energy | |
| RU2533591C1 (en) | Liquid heating method and liquid heater on its basis | |
| CN100455948C (en) | A condensing type regenerative combustion natural gas boiler system | |
| CN103727519A (en) | Device for preventing low-temperature corrosion of economizer heating surface | |
| CN104501198B (en) | Heat conduction oil boiler waste heat power generation system | |
| RU2176766C2 (en) | Hot-water boiler | |
| RU2747899C1 (en) | Flue gas heat recovery unit | |
| CN205261499U (en) | Vertical fire tube boiler of high temperature | |
| RU2015105043A (en) | METHOD AND SYSTEM OF DEEP DISPOSAL OF HEAT OF PRODUCTS OF COMBUSTION OF BOILERS OF POWER PLANTS | |
| EP3055562A1 (en) | Controlled heating method of a process fluid through concentrating solar thermal plant and heat carrier system and apparatus thereof | |
| TW201529961A (en) | Heat exchanging system and method for a heat recovery steam generator | |
| CN209876968U (en) | A waste heat utilization system for starting boilers in gas-fired power plants | |
| CN111120993B (en) | A deaerator feed water return system | |
| RU2177584C2 (en) | Gas-distribution station | |
| CN101846392A (en) | Vacuum steam generating heat exchanger for wall-hung condensing gas furnace | |
| CN114636145A (en) | Inverted steam generating device | |
| RU2355952C2 (en) | Method of heat recovery from low-pressure flows and installation for its implementation | |
| RU202092U1 (en) | Water heating boiler | |
| CN110056900A (en) | A kind of GTCC power plant starting trouble afterheat utilizing system | |
| RU2767243C1 (en) | Energy-efficient raw material heating line at elou-avt process plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14853372 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14853372 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |