CS228986B1

CS228986B1 - Radiant convective recuperative heat exchanger

Info

Publication number: CS228986B1
Application number: CS890782A
Authority: CS
Inventors: Jiri Jonak
Original assignee: Jiri Jonak
Priority date: 1982-12-08
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1984-05-14

Abstract

Účelem provedení sálavě konvekčního rekuperativního výměníku tepla podle vynálezu, určeného hlavně pio ohřev vzduchu, ve kterém jsou spaliny odděleny od ohřívaného média, je zintezivnění přestupu tepla, ochrana trubek před přehřátím, jakož i nízkotepelnou korozí při mezních provozních stavech. Toho se dociluje přiváděním chladného média do nejtepleiší části výměníku přepážkami, usměrňujícími tok vzduchu částečně napříč konvekčních trubek a trubkami, protékanými chladným přisávaným vzduchem, umístěnými napřič toku spalin, odcházejících z vratné sálavé komory do komory obratové. Tyto trubky zároveň obratovou komoru vyztužují.The purpose of the design of the radiant-convective recuperative heat exchanger according to the invention, intended mainly for air heating, in which the flue gases are separated from the heated medium, is to intensify heat transfer, protect the tubes from overheating, as well as low-temperature corrosion at limit operating conditions. This is achieved by supplying cold medium to the hottest part of the exchanger through partitions, directing the air flow partially across the convection tubes and through tubes, flowing with cold suction air, placed across the flow of flue gases leaving the return radiant chamber to the return chamber. These tubes also reinforce the return chamber.

Description

Vynález se týká sálavě konvekčního výměníku tepla a řeší zintenzivnění přestupu tepla, ochranu konvekčních trubek při mezních provozních stavech, to je před přehřátím i před poškozením korozí kondenzáty ze spalin a snížení povrchové teploty výměníku.The present invention relates to the convection heat exchanger radiation chamber and to the intensification of the heat transfer, the protection of the convection pipes at limit operating states, i.e. from overheating and corrosion damage by condensates from the flue gas, and by reducing the surface temperature of the exchanger.

Z popisu k čs. autorskému osvědčení č. 217 531 je znám sálavě konvekční výměník tepla, sestávající z válcové sálavé komory, v jejímž předním čele je umístěn hořák nebo hrdlo pro vstup topného média, z prstencové obratové komory, spojené sálavě konvekční mi prvky se zadní částí sálavé komory, z prstencové sběrné komory v přední části s vývodem spalin do komína a spojené souborem konvekčních trubek s obratovou komorou. Mezi souborem konvekčních trubek a sálavou komorou je umístěna válcová mezistěna, vymezující dva tahy ohřívaného média.From description to MS. No. 217 531, a radiant convection heat exchanger is known, consisting of a cylindrical radiant chamber having a front burner or a throat for heating medium inlet, an annular reversal chamber connected by radiant convection elements to the rear of the radiant chamber; an annular collecting chamber at the front with a flue gas outlet to the chimney and connected by a set of convection tubes to the reversing chamber. Between the set of convection tubes and the radiant chamber there is a cylindrical partition wall defining two strokes of the heated medium.

Dále je známé podobné provedení výměníku tepla, lišící se od vpředu popsaného tím, že sálavá komora je vratná, to zn., že spaliny se vrací dopředu a vstupují do obratové komory, ve které jsou v podstatě rovnoběžně s podélnou osou výměníku rozmístěny trubky pro průchod ohřívaného média a která je spojena souborem, konvekčních trubek se sběrnou komorou, umístěnou v zadní části výměníku. Spaliny postupují v tomto případě konvekčními trubkami zpředu dozadu.Further, a similar embodiment of a heat exchanger is known which differs from that described above in that the radiant chamber is reversible, i.e. the flue gas returns forward and enters a reversal chamber in which the tubes for the passage are arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the exchanger. of the heated medium and which is connected by a set of convection tubes to a collection chamber located at the rear of the exchanger. In this case, the flue gases pass through the convection tubes from front to back.

V obou případech mohou být v prostoru mezi vnějším pláštěm vý měníku a vnější stěnou obratové komory umístěny kruhové usměrňovače směru toku ohřívaného média. I když se u prvého popsaného provedení výměníku v podstatě podařilo snížit náchylnost k teplotnímu přetížení vstupní části souboru konvekčních trubek při provozu na zvýšený výkon a následně i kondenzaci spalin v jeho výstupní části, nelze tohoto způsobu použít u druhého provedení s vratnou sálavou komorou. U obou provedení se však jevila potřeba odvést více tepla ze sálavé komory, hlavně při vyšších výkonech výměníku, jakož i ze souboru konvekčních trubek.In both cases, circular rectifiers of the flow direction of the heated medium can be arranged in the space between the outer shell of the exchanger and the outer wall of the reversing chamber. Although in the first described embodiment of the exchanger substantially reduced the susceptibility to thermal overload of the inlet part of the convection tube assembly during operation at increased power and consequently the flue gas condensation in its outlet part, this method cannot be used in the second embodiment with a return radiant chamber. In both embodiments, however, there appeared to be a need to remove more heat from the radiant chamber, mainly at higher heat exchanger outputs, as well as from the convection tube assembly.

228 986228 986

Tyto nedostatky byly z největší Části odstraněny provedením sálavě konvekčního rekuperativního výměníku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v předním čele vnějšího pláště a/nebo ve válcové části vnějšího pláště u předního čela je proveden alespoň jeden vedlejší vstup ohřívaného média a u souboru konvekčních trubek je umístěna alespoň jedna přepážka v podstatě mezikruhového tvaru.These drawbacks have been eliminated for the most part by the convection recuperative heat exchanger according to the invention, characterized in that at least one secondary inlet of the heated medium is provided in the front face of the outer jacket and / or in the cylindrical part of the outer jacket at the front. at least one partition of substantially circular shape is provided.

Dalším znakem vynálezu je to, že přepážky, v podstatě mezikruhového tvaru, jsou umístěny alespoň na Části délky souboru konvekčních trubek striiá&vz na jeho vnitřní a vnější straně.A further feature of the invention is that the baffles, substantially of an annular shape, are located at least over a portion of the length of the striae convection tube assembly on its inner and outer sides.

Za účelem udržení optimální teploty v jednotlivých částech souboru konvekčních trubek se rozteče přepážek v podstatě mezikruhového tvaru zvětšují ve směru toku topného média.In order to maintain the optimum temperature in the individual parts of the convection tube assembly, the spacing of the baffles of substantially circular shape increases in the flow direction of the heating medium.

Uspořádáním výměníku tepla podle vynálezu se docílí u provedení s vratnou sálavou komorou přídavné regulovatelné chlazeni obratové komory a u obou provedení přídavné regulovatelné chlazení sálavé komory médiem, přiváděným vedlejším vstupem, umístěným v předním čele vnějšího pláště a nebo ve válcové části vnějšího pláště u předního čela. Toto je u výměníku s vratnou sálavou komorou umožněno rozmístěním trubek pro průchod ohřívaného média v obratové komoře, které kromě tohoto účelu současně obratovou komoru vyztužují. Dále je umožněno optimální teplotu udržovat po délce v jednotlivých částech souboru konvekčních trubek. To se dociluje vhodně po délce souboru konvekčních trubekBy providing the heat exchanger according to the invention, an additional controllable cooling of the reversing chamber is provided in the reversing chamber version, and in both embodiments, an additional controllable cooling of the radiation chamber by the medium supplied by the inlet located in the front face of the outer shell or in the cylindrical portion of the outer shell at the front face. This is possible in the return radiant chamber exchanger by placing tubes for the passage of the heated medium in the reversing chamber, which in addition to this purpose also reinforce the reversing chamber. Furthermore, it is possible to maintain the optimum temperature along the lengths in the individual parts of the convection tube assembly. This is conveniently achieved along the length of the convection tube assembly

V t V rozdělenými mezikrphovými přepážkami, umístěnými po obou stranách souboru konvekčních trubek mezi vnějším pláštěm a válcovou mezistěnou. Rozteč přepážek je volena tak, aby přestup tepla v jednotlivých místech po délce trubky byl v souladu s požadovanou teplotou stěny trubky. Uspořádáním mezikruhových přepážek s menšími roztečemi na vstupu horkého topného média do souboru konvekčních trubek se docílí snížení teploty stěny jeho trubek, zatímco směrem k výstupu topného média se rozteče mezikruhových přepážek zvětšují, zmenšuje se rychlost ohřívaného média a přestup tepla. Tím je zamezeno podkročení rosného bodu topného média.V t V are divided by inter-cushion barriers located on both sides of the convection tube set between the outer shell and the cylindrical partition. The spacing of the baffles is selected so that the heat transfer at individual locations along the length of the pipe is in accordance with the desired temperature of the pipe wall. By arranging the annular baffles with smaller spacing at the inlet of the hot heating medium into the convection tube assembly, the wall temperature of its tubes is reduced, while towards the outlet of the heating medium the spacings of the annular baffles increase, the velocity of the heated medium and heat transfer decrease. This prevents the heating medium dew point from falling below.

228 988 Provedení sálavě konvekěního výměníku tepla podle vynálezu bude dále popsáno a zobrazeno na příkladném provedení výměníku tepla s vratnou sálavou komorou. Obrázek představuje svislý podélný řez výměníkem.228 988 An embodiment of a radiant convection heat exchanger according to the invention will be described and illustrated in an exemplary embodiment of a return radiant chamber heat exchanger. The figure shows a vertical longitudinal section through the exchanger.

Plynový hořák ljumístěný v předním Sele 2 sálavě konvekčního rekuperativního výměníku J jje zaústěný do vratné válcové sálavé komory 4 uzavřené na druhé straně dnem 2 tvaru kuželu, které je na vnější straně opatřeno žebry 6. U předního Sela 2 navazuje na sálavou komoru 4 prstencová obratová komora 2, spojená souborem konvekěních trubek 8 s prstencovou sběrnou komorou s vývodem 10 ochlazeného topného média. Mezi souborem konvekěních trubek 8 a sálavou komorou 4 je umístěna válcová mezistěna 11. která navazuje na sběrnou komoru 9. Mezi jejím druhým koncem a obratovou komorou 7 j^e ponechána mezera pro průchod ohřívaného média. V prostoru kolem sběrné komory 2 je uspořádán vstup 12 ohřívaného média. Vstup ohřívaného média může být též proveden v zadní ěásti výměníku z boku. Výstup 13 ohřívaného média je umístěn vzadu uprostřed. Všechny uvedené prvky obepíná vnější pláší 14.The gas burner located in the front sele 2 of the convective recuperative exchanger radiator J is connected to a return cylindrical radiant chamber 4 closed on the other side by a cone-shaped bottom 2, which is provided with ribs 6 on the outer side. 2, connected by a plurality of convection tubes 8 to an annular collection chamber with an outlet 10 of the cooled heating medium. Konvekěních between the sets of tubes 8 and the radiant chamber 4 houses a cylindrical partition wall which adjoins the 11th to the collecting chamber 9 between its other end and reversing chamber 7 j ^E left a gap for passage of the heated medium. A heated fluid inlet 12 is arranged in the space around the collecting chamber 2. The heated medium can also be fed in from the side of the heat exchanger. The heated media outlet 13 is located at the rear center. All these elements are surrounded by an outer casing 14.

V předním Sele 2 a v přilehlé ěásti vnějšího pláště 14 se nalézají regulovatelné vedlejší vstupy 15 ohřívaného média,rozmístěné rovnoměrně po obvodu. Na vnější a vnitřní straně souboru konvekěních trubek 8 jsou striá^v<ř₍rozmístěny vnější mezikruhové přepážky 16 a vnitřní mezikruhové přepážky 17* Rozteč mezikruhových přepážek 16, 17 u obratové komory J J^e malá a zvětšuje se směrem ke sběrné komoře 2·In the front piglet 2 and in the adjacent part of the outer sheath 14 there are controllable bypasses 15 of the heated medium distributed uniformly over the circumference. On the outer and inner side file konvekěních tubes 8 are in striata ^ <r _(spaced annular outer baffle 16 and an inner annular partition 17 * Pitch annular circular baffles 16, 17 in the reversing chamber JJ ^{E is} small and increases towards the collecting chamber 2 ·

V obratové komoře 7 jsou rovnoběžně s podélnou osou výměníku J po obvodě rozmístěny trubky 18 pro průchod ohřívaného média.Tubes 18 for the passage of the heated medium are disposed circumferentially in the reversing chamber 7 parallel to the longitudinal axis of the exchanger J.

V prostoru mezi obvodovou stěnou obratové komory 2 a vnějším pláštěm 14 výměníku je umístěn kruhový usměrňovač 19. zakončený na straně ke sběrné komoře 2 kuželovým nástavcem, zužujícím se ke středu výměníku J.In the space between the circumferential wall of the reversing chamber 2 and the outer shell 14 of the exchanger there is a circular rectifier 19 terminated on the side towards the collecting chamber 2 by a conical extension tapering towards the center of the exchanger J.

Spaliny z plamene plynového hořáku 1 se v zadní části sálavé komory 4 obracejí a v její přední části vstupují do prstencové obratové komory 2 a z ní procházejí souborem konvekěních trubek do sběrné komory 2i ² vystupují vývodem 10 do kouřovodu a komína.Flue gases from the flame of the gas burner 1 are reversed at the rear of the radiant chamber 4 and enter into the annular reversing chamber 2 at the front thereof and pass through a convection tube assembly to the collecting chamber ^{2 and} exit through the outlet 10 into the flue gas duct.

228 986228 986

Ohřívané Aédium, v tomto' případě vzduch, vstupuje hlavním proudem mezikruhovým vstupem 12 v zadní části výměníku χ z volné atmosféry. Je nasáván ventilátorem na výstupu z výměníku. Prochází působením vnějších a vnitřních mezikruhových přepážek 16, 17 v proudu zvlněně, tedy šikmo k proudu spalin v konvekčních trubkách. Na vstupu, kde teplota spalin je nízká, jsou rozteče mezikruhových přepážek 16.17 větší, je předáváno menší množství tepla. Směrem k obratové komoře 7, kde se hustota mezikruhových přepážek 16, 17 zvyšuje, odebírá vzduch více tepla teplejším spalinám na výstupu z obratové komory 7. Zde se proud ohřívaného média obrací o 180° kolem válcové mezistěny. V tomto místě je přisáván do ohřívaného vzduchu dvojí cestou přídavný chladný vzduch. Vstupuje regulovatelnými vedlejšími vstupy 15 a chladí čelo obratové komory 7. Potom prochází jednak mezi obvodovou stěnou obratové komory 7 a vnějším pláštěm výměníku 14 a kruhovým usměrňovačemVje směrován do průchodu mezi válcovou mezistěnou 11 a obratovou komorou 7, přičemž chladí vnější pláší a kořeny konvekčních trubek 8, jednak trubkami 18, kterým odnímá část tepla; všechny proudy se spojí u přední čésti sálavé komory 4, kterou chladí. Ohřívaný vzduch potom pokračuje kolem sálavé komory 4 k výstupu 13.The heated air, in this case air, enters the main stream via an inlet 12 at the rear of the exchanger from the free atmosphere. It is sucked in by the fan at the outlet of the exchanger. It passes under the action of the outer and inner annular baffles 16, 17 in a corrugated flow, i.e. at an angle to the flue gas flow in the convection tubes. At the inlet where the flue gas temperature is low, the spacings of the annular baffles 16.17 are larger, with less heat being transferred. Towards the reversing chamber 7, where the density of the annular baffles 16, 17 increases, air draws more heat from the warmer flue gas at the exit of the reversing chamber 7. Here, the flow of heated medium is turned 180 ° around the cylindrical partition. At this point, additional cold air is sucked into the heated air in two ways. It enters controllable inlets 15 and cools the face of the reversing chamber 7. It then passes between the circumferential wall of the reversing chamber 7 and the outer shell of the exchanger 14 and the annular rectifier V directed to the passage between the cylindrical partition on the one hand, by means of tubes 18, which removes part of the heat; all currents are connected at the front of the radiant chamber 4 to be cooled. The heated air then continues around the radiant chamber 4 to the outlet 13.

V případě, že výměník pracuje v přetlaku, musí být k vedlejším vstupům 15 přiváděn vzduch o vyšším tlaku, než panuje u obratové komory 7.If the exchanger is operating under positive pressure, air at higher pressure than the prevailing chamber 7 must be supplied to the inlets 15.

Sálavě konvekční výměník se používá převážně k ohřívání vzduchu, například pro sušení obilí, může však sloužit i k dřívání jiných médií. Rovněž nemusí být topen hořákem, nýbrž apříklad spalinami z pece a pod.The convection heat exchanger is mainly used to heat the air, for example, to dry grain, but it can also be used for other media. Also, it does not have to be heated by a burner, but by, for example, flue gases from the furnace, etc.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

228 986

1. A convectionally recuperative heat exchanger, consisting of a cylindrical radiant chamber having a front burner or throat for heating medium inlet, an annular reversal chamber and an annular collecting chamber with an outlet of cooled heating medium connected by a set of convection tubes in a cylindrical configuration * cylindrical partitions between the convection tube assembly and the radiant chamber shell and from the outer shell of the exchanger enclosing the aforementioned elements, the main inlet of the heated medium being rearwardly or axially into the space between the outer shell and the heat transfer surfaces, 2) an outer casing (14) and / or in the cylindrical portion of the outer casing (14) at the front face (2) is provided with at least one heated medium inlet (15) and at least one partition (16) is provided for the convection tubes (8); 17) essentially annular shape ·

A radiation convection heat exchanger according to claim 1, characterized in that the baffles (16, 17) (substantially circular in shape) are located at least over a portion of the length of the convection tube assembly (8) alternating on its inner and outer sides.

3. A radiation-convection heat exchanger according to claim 2, characterized in that the spacing of the baffles (16, 17) / substantially of annular shape increases in the flow direction of the heating medium.