CS251898B1

CS251898B1 - Device for generating superheated steam current

Info

Publication number: CS251898B1
Application number: CS857499A
Authority: CS
Inventors: Petr Bezucha; Jan Picka
Original assignee: Petr Bezucha; Jan Picka
Priority date: 1985-10-21
Filing date: 1985-10-21
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS749985A1

Abstract

Účelem řešení je jednoduchá konstrukce zařízení pro generaci proudu přehřáté páry o, žádaném průtoku, čehož se dosáhne umístěním vypařovací trubky ve tvaru šroubovice kolem válcovitého expandéru, přičemž přívod páry z vypařovací trubky do expandéru je proveden u jeho dna a odvod páry z expandéru je proveden ve středu horního· dna expandéru. Přívod vypařované kapaliny do: Qdpařovací trubky je řešen kapilárou.The purpose of the solution is a simple design of a device for generating a stream of superheated steam of the desired flow rate, which is achieved by placing an evaporation tube in the shape of a helix around a cylindrical expander, with the steam supply from the evaporation tube to the expander being made at its bottom and the steam discharge from the expander being made in the center of the upper bottom of the expander. The supply of the evaporated liquid to the evaporation tube is solved by a capillary.

Description

Vynález se týká zařízení ke generaci proudu přehřáté páry.The invention relates to a device for generating a superheated steam stream.

Potřeba přípravy proudu páry o· přesném, nastavitelném průtoku se vyskytuje v podmínkách laboratoří, pokusných a malých provozů, zejména v chemickém a biologickém průmyslu. Účelem je buď dávkování páry do procesů, které probíhají s kvantitativně (kupř. stechiOmetricky) podmíněnou účastí vypařené kapaliny nebo· příprava paroplynných směsí o nastaveném složení, vytvářející vhodné podmínky chemických, fyzikálních nebo· biologických procesů anebo sloužících ke kalibraci analyzátorů složení dané směsi.The need to prepare a vapor stream of accurate, adjustable flow rate is encountered in laboratory, experimental and small scale operations, particularly in the chemical and biological industries. The purpose is either to dispense steam into processes that are carried out with a quantitatively (eg stoichiometric) condensation of the vaporized liquid, or to prepare steam-gas mixtures of a set composition, creating suitable conditions for chemical, physical or biological processes, or to calibrate the composition analyzers of the mixture.

Pro tyto· účely se používá několik známých zařízení, jejichž možnosti jsou omezené.Several known devices are used for this purpose, the possibilities of which are limited.

Generace proudu páry· zahříváním vsádky vypařované kapaliny v nádobě (vařáku) tepelným zdrojem o konstantní intenzitě nesplňuje náročnější požadavky kvůli dlouhé době náběhu do ustáleného stavu a vzhledem k tepelným ztrátám, empirickému vztahu mezi příkonem a velikostí generovaného proudu.Generation of the steam stream · by heating the charge of vaporized liquid in the vessel (steamer) with a constant intensity heat source does not meet the more demanding requirements due to the long rise time to steady state and due to heat losses, empirical relationship between power and magnitude of generated stream.

Řízení průtoku ze zásobníku páry, kupř. vodní páry z energetického rozvodu, odvozené z údaje průtokOměru rovněž nevyhovuje při obvykle kolísajících parametrech páry v místě regulace, kteiré ovlivňují složitým způsobem hustotu páry a tím měřený údaj průtoku.Flow control from the steam tank, eg. water vapor from the power distribution, derived from flow data, also fails with the usually fluctuating steam parameters at the control location, which affect the vapor density and thus the flow rate measured in a complex manner.

Mž^:ko,vé vypařování proudu přesně dávkované kapaliny vyžaduje značnou koncentraci energie. Proto se pro zvláštní účely používá plazmový ohřev, který je nepřiměřeně náročný. ^MZ ko in vapourizing flow accurately dosed liquid requires a considerable energy concentration. Therefore, plasma heating, which is disproportionately demanding, is used for special purposes.

Paroplynné směsi se generují nejčastěji sycením proudu plynu jeho· stykem s vypařovanou kapalinou. Přesnost složení generované směsi je zde nepříznivě ovlivněna jednak účinností sycení, která závisí na intenzitě styku plynné a kapalné fáze, jednak teplotním gradientem, který vzniká v sytiči v důsledku výměny tepla a který znesnadňuje definici teploty sycení.The steam-gas mixtures are most often generated by saturating the gas stream by contacting it with the vaporized liquid. The accuracy of the composition of the generated mixture is adversely affected here, on the one hand by the saturation efficiency, which depends on the intensity of contact of the gaseous and liquid phases, and on the other hand by the temperature gradient produced in the choke due to heat exchange.

Alternativním způsobem generace proudu piaroplynmé směsi je karburiace, tj. rozprášení vypařované kapaliny do proudu plynu. Při vyšším obsahu páry ve směsi je zapotřebí vysokého přehřátí vstupujícího syceného· plynu proto, aby se kompenzovala výparná eintalpie kapaliny.An alternative method of generating the gas-gas mixture stream is carburation, i.e., spraying the vaporized liquid into the gas stream. At a higher steam content in the mixture, a high superheat of the incoming carbonate gas is required to compensate for the vapor einthalpy of the liquid.

Pro dané účely se jeví výhodnějším zařízení ke generaci proudu přehřáté páry s přesným a nastavitelným průtokem podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z vypařovací trubky šroubovicovitě uspořádané kolem svislé válcové plochy expandéru s vnějším ohřevem, přičemž přívod páry z vypařoivací trubky do expandéru je proveden u dna expandéru tečně vůči válcovému pOvrchu expandéru přívod kapaliny do· vypařovací trubky je proveden shora trubkou o· průměru alespoň o 50 % menším než je průměr vypařovací trubky a odvod parní fáze z expandéru je proveden ve středu horního· dna expainidéru. Mezi závity vypařovací trubky může být ve šroubovicl stejných parametrů navinuta trubka pro· rozved topného· plynu, Opatřená na temenní křivce otvory pro rozvod plynu. Vypařovací trubka a expaindér mohou být obklopeny elektrickými topnými odporovými elementy. Vypařovací trubka a ěxpandér mohou být vyrobeny z elektricky· vodivého materiálu a připojeny přímo· na svorky elektrického napětí nebo· umístěny v jádře indukční cívky.For this purpose, an apparatus for generating a superheated steam stream of accurate and adjustable flow rate according to the present invention seems to be advantageous in that it consists of a vaporizing tube helically arranged around the vertical cylindrical surface of the expander with external heating. at the expander bottom, tangential to the cylindrical surface of the expander, the liquid feed to the evaporator tube is provided from above through a tube at least 50% smaller than the diameter of the evaporator tube, and the vapor phase from the expander is discharged at the center. A heating gas distribution pipe may be wound between the threads of the evaporation pipe in the helices of the same parameters, provided with gas distribution openings on the crown curve. The evaporator tube and the expander can be surrounded by electrical heating resistive elements. The evaporator tube and expander can be made of an electrically conductive material and connected directly to the electrical terminals or placed in the core of the induction coil.

Vynález řeší jednoduché mžikové vypařování proudu kapaliny. Bylo zjištěno, že toto vypařování probíhá s vysokou 'intenzitou na vnitřní stěně šroubovícové trubky zvenčí nahřívané, kdy odstředivá síla vyvolaná rychlostí vznikající páry přitlačuje dosud nevypařenou kapalinu k teplosměoné stěně trubky. Podmínkou vysoké intenzity celkového prostupu tepla je vysoká teplota vnější stěny trubky, kterou lze docílit buď působením souvisle rozloženého přímého plamene nebo elektrickým ohřevem. Při prudkém vypařování diskrétních kapek, na které se dělí proud dávkované kapaliny, vznikají v trubce drobné tlakové rázy. Proto je neoddělitelnou součástí vynálezu následná expanze vznikající páry spojená s cyklónovým odloučením a odpařením zbylých kapének kapaliny.The invention solves a simple flash evaporation of a liquid stream. It has been found that this evaporation takes place with a high intensity on the inner wall of the helical tube from the outside heated, where the centrifugal force caused by the velocity of the generated steam presses the still vaporized liquid against the heat exchange wall of the tube. The condition of high intensity of the total heat transmission is a high temperature of the outer wall of the tube, which can be achieved either by the effect of a continuously distributed direct flame or by electric heating. When the discrete drops are rapidly vaporized, into which the flow of the dosed liquid is divided, small pressure surges occur in the tube. Therefore, an inseparable part of the invention is the subsequent expansion of the generated vapor associated with cyclone separation and evaporation of the remaining liquid droplets.

Zařízení podle vynálezu se oproti dosud používaným vyznačuje jednoduchostí a přesností středního průtoku páry, která je dána přesností dávkování kapaliny.The device according to the invention is distinguished by the simplicity and accuracy of the mean steam flow, which is determined by the accuracy of the liquid dosing.

Zařízení ke generaci proudu přehřáté páry s nastavitelným průtokem podle vynálezu tvdří vypařovací trubka, stočená do· tvaru šroubovice s vertikální osou, do níž je na horním konci zavedena ténká trubka pro· přívod vypařované kapaliny a která je na spodním konci tečně zavedena do· expandéru. Válcový expaindér je situován tak, aby jeho· Osa byla shodná s osou šroubpvice vypařovací trubky a sVoiu délkou tuto šroubovlci vyplňoval.The variable flow superheated steam generating device according to the invention consists of a vapor tube twisted in a helical shape with a vertical axis into which a thin vapor supply tube is introduced at the upper end and tangentially introduced into the expander at the lower end. The cylindrical expander is positioned so that its axis is coincident with the axis of the evaporator tube helix and fills the helix with a length.

Pokud se k ohřevu používá topný plyn, opatří se expaindér šrouboVicovou trubkou pro· rozvod plynu. Tato trubka má stejné parametry šroubovice jako trubka vypařovací a je z důvodů snadné demontáže umístěna tak, aby přiléhala svrchu a souose na vypařovací trubku v části jejích závitů. Trubka pro riozvlod plynu je na temenní křivce opatřena řadou otvOirů k vytvoření souvislé řadiy plaménků. Stoupání šroubOvice obou trubek je pak vzájemně laděno s výškou plaménků.If heating gas is used for heating, the expander is fitted with a screw pipe for gas distribution. This tube has the same helix parameters as the evaporation tube and is positioned to abut and coaxial to the evaporation tube at a portion of its threads for ease of removal. The gas distribution pipe is provided with a plurality of apertures on the crown curve to form a continuous line of clematis. Screw pitchThe bench of both pipes is then matched to the height of the flame.

Zařízení podle vynálezu může být v případě plynového ohřevu opatřeno válcovým pláštěm, jímž se příznivě ovlivní přirozený tah vzduchu potřebného ke spalování. Umístění expandéru v ose šroubovice vypařovací trubky pak s výhodou využívá tepla částečně ochlazených spalin.In the case of gas heating, the device according to the invention may be provided with a cylindrical casing which will favorably influence the natural draft of the air required for combustion. The location of the expander in the helix axis of the evaporation pipe then advantageously utilizes the heat of the partially cooled flue gas.

Varianta zařízení podle vynálezu, která využívá elektrický ohřev doplňuje základní verzí buď trapnými elementy přiléhajícími k vypařovací trubce a expaindéiru nebo vytvořením vypařovací trubky a expandéra z elektricky vodivého materiálu a jejich přímým odporovým nebo indukčním ohřevem.A variant of the apparatus according to the invention which utilizes electric heating complements the basic version either by embarrassing elements adjacent to the evaporator tube and expander, or by making the evaporator tube and expander from an electrically conductive material and their direct resistance or induction heating.

Aby se potlačil vliv tlakových rázů ve vypařovací trubce je výhodné řídit průtok dávkované kapaliny škrcením proudu kapaliny ze zásobníku, který je pod stálým přetlakem značně převyšujícím velikost tlakových rázů v odpařovací trubce nebo- objemovým čerpáním s velkou tlakovou výškou.In order to suppress the effect of pressure surges in the evaporator tube, it is advantageous to control the flow rate of the metered liquid by throttling the liquid flow from the reservoir which is under a constant overpressure considerably exceeding the pressure surges in the evaporator tube or by pumping at high pressure.

Měření teplot uvnitř expandéra umožňuje nastavit přehřátí vznikající páry a signalizovat současně nebezpečí přehřátí celého zařízení v případě přerušení dodávky odpařované kapaliny. Automatickou regulací zmíněné teploty je podmíněna bezpečná funkce v případě, že se odpařuje kapalina, která je při vyšší teplotě nestabilní.Temperature measurement inside the expander allows to set the overheating of the generated steam and to signal the danger of overheating of the whole device in case of interruption of the liquid supply. The automatic control of said temperature is conditional upon a safe function in the event that a liquid that is unstable at a higher temperature evaporates.

Na přiloženém obr. je schematicky znázorněno- zařízení podle vynálezu s plynovým otOpe-m, které je v dalším popsáno.FIG. 1 is a schematic diagram of a gas heating device according to the invention, as described below.

Vypařovací trubka 1 je na svém horním k-onci ohnuta vzhůru a do svislé koncovky je připojena kapilára 2 pro, přívod odpařo.vainé kapaliny. V prostoru vymezeném závity vypařovací trubky 1 je umístěn expandér 3 ve tvaru válce. Spodní konec vypalovací tr-ubky 1 je zaveden tečným způsobem do s-podní části válcové stěny expandéra 3. Do dna expandéra 3 zasahuje centrálně ze spodu jímka 4 teploměru. Výstu-p-em páry je trubka 5 vyvedená středově z horního -dna expandéra 3. Do sroubovice vypařovací trubky 1 je volně našroubována shodná sroubovice trubky 6 pro rozvod plynu tak, aby přiléhala svrchu k vyp-ařtoVací trubce 1 a v této poloze je fixována. Trubka 6 pro rozvod plynu je v temenní křivce opatřena v pravidelných roztečích otvory. Celé zařízení je kryto válcovým pláštěm 7.The vapor pipe 1 is bent upwardly at its upper k-end and a capillary 2 is connected to the vertical end for supplying vaporized liquid. In the space defined by the threads of the vapor pipe 1, a cylinder-shaped expander 3 is arranged. The lower end of the firing tube 1 is introduced tangentially into the lower part of the cylindrical wall of the expander 3. A thermometer well 4 extends centrally from the bottom of the expander 3. The steam outlet is a tube 5 extending centrally from the upper bottom of the expander 3. An identical screw of the gas distribution tube 6 is loosely screwed into the helix of the evaporator tube 1 so as to abut the upper tube 1 and is fixed in this position. . The gas distribution pipe 6 has holes in the crown curve at regular intervals. The whole device is covered by a cylindrical shell 7.

Zařízení s vypařovací trubkou 1 světlosti 10 mm, které je zvenčí ohříváno plynovým plamenem v délce 1 m produkuje přehřátou vodní páru -o teplotě 100 až 300 ^QC, tlaku nepříliš převyšující atmosférický v nastaveném průtoku do- 4 kg/h.Devices with one evaporation tube inside diameter 10 mm, which is externally heated by a gas flame in a length of 1 m produces superheated steam -o temperature of 100 to 300 ^Q C, moderate pressure above atmospheric in selected flow DO- 4 kg / h.

Claims

SUBJECT

An apparatus for generating a superheated steam stream with a precise and adjustable flow rate, characterized in that it consists of a vaporizing tube (1j helically arranged around a vertical cylindrical surface of the expander (3j) with external heating, wherein steam supply from the vaporizing tube (1) to the expander (3) is provided at the bottom of the expander (3j tangential to the rolling surface of the expander (3), the liquid is fed to the evaporator tube (1) from above by a tube at least 50% smaller than the evaporator tube (1) and oidpoid the vapor phase of the expainer (3) is provided in the middle of the upper bottom of the expander (3).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that between the threads of the evaporating pipe (1j) is a spigot

SUMMARY OF THE INVENTION A coil of the same parameters is wound up by a tube, (G) for fuel gas distribution, provided on the crown curve with gas distribution openings.

Device according to claim 1, characterized in that the evaporator pipe (1) and the expander (3) are surrounded by electric heating resistive elements.

An apparatus according to ice 1, characterized in that the evaporator tube (1) and the expander (3) are made of an electrically conductive material and connected directly to the electrical voltage terminals.

Device according to claim 1, characterized in that the evaporator tube (1) and the expander (3j) are made of an electrically conductive material and placed in the core of the induction coil.