Энергоаудит

ДИСПЕРГАТОРНЫЙ ПАРОГЕНЕРАТОР

• Основными особенностями диспергаторного парогенератора являются наличие внешней камеры сгорания и подача в зону нагрева воды в виде аэрозоли (диспергация), что исключает наличие жидкой фазы и потенциальную возможность взрыва в случае аварийной ситуации;
• Применение ультразвуковых диспергаторов при распылении жидкого топлива улучшает процесс горения, расширяет диапазон регулирования, упрощает конструкцию горелки, позволяет сжигать значительно обводненную топливную смесь, получая большее количество влажных газов, увеличивающих коэффициент теплопередачи в теплообменной системе;
• Диспергаторный метод получения паровой фазы позволяет значительно снизить габариты и вес парогенерирующих установок (парогенератор мощностью 1МВт с газовой горелкой 1,6м*1,0м*1,4м, вес 1,1т), упростить их конструкцию и повысить относительный КПД;

При отоплении жилых районов и промышленных предприятий всё большее предпочтение начинают отдавать локальным (автономным) системам теплоснабжения. Использование энергосберегающих установок теплоснабжения на базе трансзвуковых струйно-форсуночных аппаратов значительно снижает размер необходимых производственных площадей для таких мини-котельных. Габариты же самих котельных агрегатов по-прежнему остаются большими.

В научно-производственном центре "ИНТЕХ" разработана конструкция диспергаторного парогенератора (рис. 1), значительно отличающаяся от всех известных в отечественной и зарубежной практике. Главное принципиальное отличие этого аппарата заключается в том, что здесь обеспечивается нагрев воды не в жидком агрегатном состоянии, а в виде аэрозоли (холодный водяной пар) с диаметром частиц воды в 10-20 микрон. Получение аэрозоли осуществляется с помощью ультразвуковых диспергаторов, разработанных в НПЦ ИНТЕХ.

Скорость нагрева аэрозоли значительно выше скорости нагрева воды, поэтому скорость теплосъема с нагретой поверхности при омывании ее потоком мелкодисперсной аэрозоли значительно выше, чем при омывании этой же поверхности водой. При скорости потока аэрозоли, близкой или равной скорости потока горячих газов, нагревающих разделительную поверхность, резко возрастает коэффициент теплопередачи.

Следовательно, водяная аэрозоль интенсивно отбирает тепло от горячих дымовых газов, обеспечивая возможность резкого уменьшения габаритов парогенератора. Жидкое или газообразное топливо подаётся форсунками в камеру сгорания (рис. 1), и горячие газы поступают в систему жаровых труб парогенерирующей камеры. Сюда - в межтрубное пространство парогенерирующей камеры ультразвуковые диспергаторы подают воду в виде аэрозоли. Теплообмен между горячими газами и водной аэрозолью происходит со значительно большей скоростью, чем между горячими газами и жидкой средой. Пар нужной температуры и необходимого давления через патрубок подаётся на нагрузку. Часть выхлопных газов подаётся посредством парогазового струйного компрессора обратно в камеру сгорания, обеспечивая дожиг горючих компонент. Поэтому содержание вредных выбросов в выхлопе парогенератора (СО - отсутствует, окислов NOх - близко к нулю) значительно ниже установленных норм ПДК, удовлетворяя самые жесткие требования международных стандартов. Последовательным размещением парогенерирующих камер можно снизить температуру выхлопных газов до уровня в 80-90°С. Тогда с каждой парогенерирующей камеры будет сниматься пар с различными параметрами (температура, давление).

Аппарат обеспечивает преобразование воды в пар с КПД в 94%. Удельный расход энергоносителя на 5-8% меньше, чем в котельных агрегатах аналогичной мощности. Если паровой двухбарабанный водотрубный котёл Е-1,0-0, 9Г имеет габаритные размеры: длина 4200 мм, ширина 2300 мм, высота 2900 мм при номинальной паропроизводительности в 1 т/час, то макетный образец предложенного конструктива парогенератора производительностью в 1.2 т/час имеет длину в 1200 мм и диаметр 600 мм без учета длины горелочного устройства. Время выхода парогенератора на заданный режим - несколько секунд. Аппарат характеризуется повышенной надёжностью работы - попытки при испытаниях смоделировать аварийную ситуацию были безуспешными. Наличие выносной камеры сгорания, отсутствие воды в жидком агрегатном состоянии в зоне высоких температур предложенной конструкции парогенератора снимают угрозу потенциального взрыва в случае аварийного её туда попадания, характерную для всех существующих котельных агрегатов. Немаловажным обстоятельством является и тот факт, что аппарат не чувствителен к содержанию солей в диспергируемой воде. При прохождении воды через ультразвуковое поле диспергатора кристаллическая решетка солей, растворенных в воде, разрушается. Аморфное состояние солей является временным (метастабильным), но период метастабильного состояния значительно превышает время нахождения теплоносителя в теплотрассе. Поэтому не происходит отложение солей в трубах теплотрассы и тепловых приборах потребителя. Его испытания проводились на водопроводной воде, и последующая проверка состояния жаровых труб и стенок парогенерирующей камеры не выявила следов отложенной соли. Микропроцессорная система управления обеспечивает автоматическое поддержание заданных выходных параметров пара.

Построение локальных систем теплоснабжения на базе диспергаторного парогенератора и трансзвукового струйно-форсуночного аппарата с автоматическим управлением всей системы позволяет минимизировать габариты котельной с существенным снижением эксплуатационных расходов и повышением надёжности работы. Такой комплекс как минимум вдвое позволит уменьшить себестоимость получения тепла.