Пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів

Корисна модель відноситься до галузі енергетики, зокрема до пристроїв охолодження газів водовипарювальним способом, і може бути використана на підприємствах чорної та кольорової металургії, підприємствах хімічної промисловості та підприємствах теплоенергетики, при охолодженні високотемпературних газів, котрі надходять до пристроїв очищення та фільтрування газів. Відома форсунка для розпилювання рідини, котра може бути використана для охолодження високотемпературних газів водовипарювальним способом, і котра містить патрубки для подачі рідини та стиснутого повітря, камеру попереднього змішування, дифузорну камеру та сферичний насадок з отворами для витікання суміші рідини та газу [1]. Основними недоліками цієї форсунки є її складність конструкції та ненадійність в роботі, оскільки є складним та мало прогнозованим сам процес розпилювання рідини (води), що може привести до розпилювання капель великих розмірів. Це в свою чергу зменшить охолодження газу, а головне, що поява та скупчення невипарованої рідини в пристроях очищення та фільтрування газів може взагалі вивести їх з ладу. Найбільш близьким є теплообмінник проміжного охолодження компресорного повітря газотурбінної установки, який містить форсунки з вихровими камерами для розпилювання води [2]. Основним недоліком цього пристрою також є складність його конструкції та складність самого процесу розпилювання води, великі витрати води, оскільки розпилювання води здійснюють в невеликому об'ємі простору. Все це виключає можливість використання його для охолодження запилених високотемпературних газів. А при використанні цього пристою для охолодження не запилених високотемпературних газів через складність пристрою та складність процесу розпилення води можна також легко допустити скупчення невипарованої рідини в пристроях очищення та фільтрування газів, що в свою чергу може взагалі вивести їх з ладу. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом спрощення конструкції пристрою водовипарювального охолодження високотемпературних газів, збільшити надійність його роботи та мінімізувати при цьому витрати води. 1. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої водовипарювального охолодження високотемпературних газів, який містить форсунки з вихровими камерами для розпилювання води, новим є те, що пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів містить хоча б одну форсунку для розпилювання води, і хоча б одна форсунка для розпилювання води встановлена на трубопроводі для відводу високотемпературних газів так, що її вихідне сопло розташоване всередині трубопроводу для відводу високотемпературних газів якомога ближче до внутрішньої стінки трубопроводу, де мінімальна відстань сопла від внутрішньої стінки трубопроводу не повинна перевищувати 49 відсотків від внутрішнього діаметру трубопроводу, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру, причому вісь симетрії сопла форсунки може утворювати кут з віссю симетрії трубопроводу від 0 до 90 градусів, а саме сопло форсунки має конусну форму, де утворюючі конусу сопла можуть складати між собою кут від 4 до 160 градусів, до того ж довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, не повинна перевищувати 30 відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу, на якому встановлена форсунка, чи будь якого найбільшого внутрішнього розміру трубопроводу. 2. Новим по п. 1 також є те, що пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів може містити декілька форсунок, котрі встановлені на трубопроводі, причому відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії, може бути однаковою та/чи різною, можливо в залежності від розподілу швидкості газу, та/або щільності газу у вказаній площині перерізу тр убопроводу, та/або потужності самих форсунок, при цьому форсунки повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі роботи, не зволожували внутрішню поверхню трубопроводу. 3. Новим по п. 1, 2 є ще й те, що пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів може містити декілька форсунок, котрі встановлені на трубопроводі по його довжині в будь якому порядку і на будь якій відстані одна від одної, при цьому форсунки повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі роботи, не зволожували внутрішню поверхню тр убопроводу. На Фіг.1 схематично зображено пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів, котрий містить одну форсунку,і в якому мінімальна відстань сопла форсунки від внутрішньої стінки трубопроводу позначена літерою L, вісь симетрії сопла форсунки утворює кут з віссю симетрії трубопроводу a, саме сопло форсунки має конусну форму, де утворюючі конусу сопла утворюють між собою кут b , а довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, позначена літерою h. Напрямок рухання газу в тр убопроводі вказаний суцільною стрілкою V. Об'єм простору в якому здійснюють розпилювання води позначений пунктирною лінією та заштрихований крапками. Внутрішній діаметр трубопроводу (тр убопровід має форму круглої тр уби) позначений літерою D. На Фіг.2 схематично зображено пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів, котрий містить декілька форсунок (в конкретному прикладі вісім), котрі встановлені на трубопроводі, причому мінімальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою N, а максимальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу тр убопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою М. Пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів складається з форсунки чи форсунок 1, кожна с котрих містить власне сопло 2. Всі форсунки встановлені на трубопроводі 3. Форсунка 1 (хоча б одна) для розпилювання води встановлена на трубопроводі 3 для відводу високотемпературних газів так, що її вихідне сопло розташоване всередині трубопроводу для відводу високотемпературних газів якомога ближче до внутрішньої стінки трубопроводу, де мінімальна відстань сопла від внутрішньої стінки трубопроводу L не повинна перевищува ти 49 відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу D, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру. (Наприклад в випадку, якщо переріз трубопроводу, що перпендикулярний його повздовжній вісі симетрії має форму квадрату, то найбільшим його внутрішнім розміром буде довжина діагоналі квадрату.) Вісь симетрії сопла форсунки 2 може утворювати кут a з віссю симетрії трубопроводу від 0 до 90 градусів, а саме сопло форсунки 2 має конусну форму, де утворюючі конусу сопла можуть склад ати між собою кут b від 4 до 160 градусів. Довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, h не повинна перевищувати 30 відсотків від розміру внутрішнього діаметру тр убопроводу D, на якому встановлена форсунка, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру (Фіг.1, 2). Пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів може містити декілька форсунок 1, котрі встановлені на трубопроводі 3, причому відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії, може бути однаковою та/чи різною, можливо в залежності від розподілу швидкості газу та/або щільності газу у вказаній площині перерізу трубопроводу 3, та/або потужності самих форсунок. На Фіг.2 мінімальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу тр убопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою N, а максимальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою М. Швидкість газу в наведеному прикладі зменшується біля внутрішньої поверхні трубопроводу 3, а щільність газу є майже однаковою по всьому перерізу трубопроводу 3. Форсунки 1 повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі роботи, не зволожували внутрішню поверхню трубопроводу 3. Окрім цього пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів може містити декілька форсунок 1, котрі встановлені на трубопроводі 3 по його довжині в будь якому порядку і на будь якій відстані одна від одної, при цьому форсунки повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі роботи, не зволожували внутрішню поверхню тр убопроводу 3. Пристрій працює наступним чином. При надходженні газу до трубопроводу 3 з наперед встановленою температурою (на Фіг.1 напрямок рухання газу в тр убопроводі вказаний суцільною стрілкою V), за допомогою форсунки 1 та її сопла 2 розпилюють воду всередині трубопроводу 3. Напрямок рухання газу в тр убопроводі 3 відносно вісі симетрії форсунки 1 може бути будь яким. Об'єм простору в якому здійснюють розпилювання води позначений пунктирною лінією та заштрихований крапками на Фіг.1. Розпилювання води можуть здійснювати в будь якому напрямку відносно напрямку рухання газу в трубопроводі. Розпилена вода в вигляді дрібних краплин нагрівається тепловою енергією газу і потім переходить у пар, тобто випаровується, Внаслідок цього зменшується теплова енергія газу, що призводить до зменшення його температури. Розпилені краплини води не повинні долітати до внутрішньої поверхні трубопроводу та зволожувати внутрішню поверхню трубопроводу. Газ, котрій надходить до трубопроводу 3 може містити пил, який буде легко налипати на зволожену поверхню трубопроводу і утворювати перепони в трубопроводі. Крім того не випарувана вода на внутрішній поверхні трубопроводу може там скупчува тися і потім перешкоджати роботі фільтрів очистки газу, а то й взагалі виводити з ладу фільтри очистки газу. Через це мінімальна відстань сопла від внутрішньої стінки трубопроводу L не повинна перевищувати 49 відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу D, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру, оскільки в іншому випадку можливе або зволоження внутрішньої поверхні трубопроводу, або взагалі значний об'єм газу лишиться неохолодженим. З них же самих причин вісь симетрії сопла форсунки 2 може утворювати кут a з віссю симетрії трубопроводу лиш від 0 до 90 градусів, а саме сопло форсунки 2 мати конусну форму, де утворюючі конусу сопла можуть складати між собою кут b від 4 до 160 градусів. Також, з цих же самих причин довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, h не повинна перевищувати 30 відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу D, на якому встановлена форсунка, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру. Наведені в заявці розміри пристрою водовипарювального охолодження високотемпературних газів є широкого діапазону. Завдяки ним пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів є дуже простим в виготовленні та надійним в роботі. Застосування декількох чи багатьох форсунок 1 на одному трубопроводі 3 обумовлене тим, щоб ще збільшити надійність роботи вказаного пристрою, оскільки застосування замість однієї форсунки декількох форсунок, не збільшуючи при цьому сумарної потужності форсунок, зменшить ймовірність виникнення великих крапель води та, як наслідок, зволоження внутрішньої поверхні трубопроводу. До того ж форсунки розташовують на трубопроводі так, щоб об'єм простору в якому здійснюють розпилювання води був максимальним. Це робить витрати води мінімальними. Таким чином конструкція пристрою водовипарювального охолодження високотемпературних газів є дуже простою та надійною в роботі і не потребує використання при цьому великих об'ємів води. Джерела інформації: 1. Патент України на Корисна модель №13450А, В05В1/02, 7/04, бюл. №1, 1997р. 2. Патент України на Корисна модель №14700А, F28D3/08, бюл.№2, 1997р.