CS239098B1

CS239098B1 - Hot-air aggregate

Info

Publication number: CS239098B1
Application number: CS843578A
Authority: CS
Inventors: Jiri Mikoda
Original assignee: Jiri Mikoda
Priority date: 1984-05-15
Filing date: 1984-05-15
Publication date: 1985-12-16
Also published as: CS357884A1

Abstract

Účelem řešení bylo nalézt konstrukci nepřímého teplovaduáného agregátu pro ohřev vzduchu nad 150 °C· Tohoto cíle se dosahuje konstrukcí s protiproudým uspořádáním spalin a ohřátého vzduchu a s výměníkem umístěný® nad spalovací komorou. Odvod částečně ohřátého vzduchu z trubkového výměníku Je prováděn u horké trubkovnice (6) a odvod ohřátého vzduchu z teplovaduáného agregátu je proveden u zaústění spojovacího kanálu (5) do konce plamene® spalovací komory (1). Plamenec (1) je zvenku opatřen pláštěm (15) pro usměrnění proudu ohřívaného vzduchu směrem od kuželového čela plamence (2) k jeho konci a spojovací kanál (5) je součásti prostoru trubkového výměníku.The purpose of the solution was to find a design for an indirect heat pipe unit for heating air above 150 °C. This goal is achieved by a design with a counter-current arrangement of flue gases and heated air and with an exchanger located above the combustion chamber. The partially heated air from the tube exchanger is discharged at the hot tube sheet (6) and the heated air from the heat pipe unit is discharged at the mouth of the connecting channel (5) to the end of the flame of the combustion chamber (1). The flame tube (1) is externally provided with a casing (15) for directing the flow of heated air in the direction from the conical face of the flame tube (2) to its end, and the connecting channel (5) is part of the tube exchanger space.

Description

Vynález se týká konstrukce teplovzdušného agregátu pro nepřímý ohřev vzduchu.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to the construction of a hot-air aggregate for indirect air heating.

Teplovzdušným agregátem rozumíme spáovací komoru na plynná či kapalná paliva a výměník pro nepřímý ohřev vzduchu takto produkovanými spalinami, přičemž výměník i spalovací komora jsou opatřeny jedním společným vnějším pláštěm.A hot-air aggregate is understood to be a combustion chamber for gaseous or liquid fuels and an exchanger for indirect heating of air by the flue gases thus produced, whereby both the exchanger and the combustion chamber are provided with one common outer jacket.

Představitelem současného stavu techniky je teplovzdušný agregát sestávající z velkoobjemové spalovací komory s přívodem vzduchu do hořáku blízkým teoretické spotřebě. Pro tepelný výkon 1,6 MW je délka spalovací komory 7 m při průměru 1,6 m. Na této délce poklesne teplota spalin zejména vyzařováním na 950 °C. Trubkový výměník o délce 7 m tvoří obvodový svazek s plamencem. Osová kružnice středů trubek má střed totožný se středem plamence a vnějšího pláště. Spaliny z plamence po otočení o 180 ⁰proudí trubkami výměníku a dále do komína. Ohřívaný vzduch proudí okolo plamence a trubek výměníku. Každá trubka je opatřena dilatačním kusem.Representative of the state of the art is a hot-air aggregate consisting of a large-volume combustion chamber with an air supply to the burner close to theoretical consumption. For a 1.6 MW heat output, the length of the combustion chamber is 7 m at a diameter of 1.6 m. The tube heat exchanger with a length of 7 m forms a peripheral bundle with a flame tube. The axis circle of the tube centers has a center identical to the center of the flame tube and the outer shell. The flue gas from the flame tube, when turned 180 ^°, flows through the heat exchanger tubes and into the chimney. Heated air flows around the flame tube and exchanger tubes. Each pipe is provided with an expansion piece.

Nevýhodou tohoto řešení jsou příliš velké rozměry agregátu, vysoké nároky na materiál plamence a krajně obtížné řešení dilatačního kusu trubek výměníku při teplotách 400 až 500 *C. TotoThe disadvantages of this solution are the too large dimensions of the aggregate, the high demands on the material of the flame tube and the extremely difficult solution of the expansion piece of the exchanger tubes at temperatures of 400 to 500 ° C. This

239 098 zařízení dosahuje vysokého využití tepla, ale je investičně i prostorově velmi náročné.239 098 equipment achieves high heat utilization, but it is very demanding in terms of investment and space.

Rovněž je znám a používán teplovzdušný agregát, který sestává ze spalovací komory o délce nepříliš větší než je délka plamene hořáku. Plamenec je na vnějším povrchu vyžebrován. Kolem žeber je plaší. Takto vytvořeným prostorem proudí ohřívaný vzduch, který dále postupuje do vlastního výměníku. Výměník je řešen jako svazek trubek mezi dvěma trubkovnicemi umístěnými nad spalovací komorou. Po průchodu plamencem jsou spaliny vedeny kolmo vzhůru do horké trubkovnice. Kanál pro vedení spalin mezi plamencem a hořkou trubkovnicí je obtékán ohřívaným vzduchem. Celý výměník včetně trubkovnic je volně, uložen na příčném rámu, což umožňuje volnou dilataci jak plamence, tak i výměníku. Toto řešení umožňuje dobré chhzení plamence i studené trubkovnice na výstupu spalin z výměníku, je ale příčinou špatného chlazení horké trubkovnice. Protože se teplota spalin na krátkém plamenci sníží jen minimálně a protože teplota spalin na vstupu do hořké trubkovnice nesmí přestoupit 600 °C, pracuje se s přebytkem vzduchu na hořáku, což má za následek snížení účinnosti spalování a samozřejmě zvětšení celkového objemu spalin.It is also known and used a hot-air aggregate consisting of a combustion chamber with a length not too large than the flame length of the burner. The clematis is ribbed on the outer surface. They are shy around the ribs. Heated air flows through the space created in this way and then proceeds to the exchanger itself. The exchanger is designed as a bundle of tubes between two tube plates placed above the combustion chamber. After passing through the flame tube, the flue gas is led vertically upwards into the hot tube sheet. The flue gas duct between the flame tube and the bitter tube sheet is surrounded by heated air. The entire heat exchanger including tube plates is loosely mounted on the cross frame, which allows free expansion of both the flame tube and the heat exchanger. This solution allows good cooling of the flame tube and the cold tube plate at the flue gas outlet from the exchanger, but it causes poor cooling of the tube plate. Since the flue gas temperature on the short flame tube is reduced only minimally, and because the flue gas temperature at the inlet to the bitter tube sheet must not exceed 600 ° C, the excess air on the burner is operated, resulting in reduced combustion efficiency and of course increased total flue gas volume.

Dalším řešením je konstrukce teplovzdušného agregátu dle čs, AO 218 529 sestávající ze spalovací komory s plamencem opatřeným na části vnějšího povrchu blíže výstupu spalin žebrováním a pláštěm pro usměrnění proudu ohřívaného media kolem žebrované části a trubkového výměníku s horkou a studenou trubkovnicí, uspořádaným nad spalovací komorou souběžně s její podélnou osou. Horká trubkovnice ofukovaná ohřívaným vzduchem z prostoru mezi pláštěm a vlastním plamencem je umístěna blíže hořáku než stu3Another solution is the construction of a hot-air aggregate according to Czech, AO 218 529 consisting of a combustion chamber with a flame provided on a part of the outer surface closer to the flue gas outlet by a fin and a sheath to direct the heated medium flow around the fin parallel to its longitudinal axis. The hot tube blown by heated air from the space between the jacket and the actual flame tube is located closer to the burner than the stu3

239 098 děná trubkovnice a s vlastním plamencem je spojena kanálem, který na výstupu z vlastního plamence je otočen do protisměru, přičemž výstupní potrubí spalin ze studené trubkovnice je opatřeno zpětnou potrubní větví pro přívod části chlazených spalin přes ventilátor zpět do kuželového čela a do vířivého teleskopického úseku plamence.239 098 pipe tube and its own flame tube is connected by a channel, which at the outlet of its own flame tube is turned in the opposite direction, the flue gas outlet pipe from the cold tube plate is equipped with a return pipeline for feeding part of cooled flue gas pennants.

Umístění horké trubkovnice do proudu ohřívaného vzduchu umožňuje použít jako materiálu výměníku oceli, i když se přivádějí spaliny teplé 800 °G, neboť při součiniteli prostupu tepla vzduchu - spaliny 16 W/m K a součiniteli prostuo pu tepla trubka - vzduch 32 W/m K nepřestoupí teplota povrchu trubek a horké trubkovnice 550 °C. Vysoké přestupní hodnoty umožňují minimalizovat celkovou plochu výměníku. Částečným recyklem spalin se minimalizuje potřeba vzduchu na hoření a zvyšuje využití tepla spalin. Teplo vzdušný agregát podle ‘AO č.Placing the hot tube sheet into the heated air stream makes it possible to use steel as a heat exchanger material even when flue gas is supplied at a temperature of 800 ° G, since at a heat transfer coefficient of 16 W / m K and a heat transfer coefficient of 32 W / m K the surface temperature of the tubes and hot tube sheet does not exceed 550 ° C. High transfer values make it possible to minimize the total heat exchanger area. Partial flue gas recycling minimizes the need for combustion air and increases the utilization of flue gas heat. Heat air unit according to ‘AO no.

218 529 však není vhodný pro ohřev vzduchu nad 150 °C.However, 218 529 is not suitable for heating air above 150 ° C.

Pro nepřímý ohřev vzduchu na teplotu nad 150 °C se jeví výhodnějším teplovzdušný agregát sestávající ze spalovací komory, spojovacího kanálu a trubkového výměníku s horkou a studenou trubkovnicí, uspořádanými postupně nad sebou s podélnou osou spalovací komory, kde spojovací kanál, který je na výstupu z plamence otočen do protisměru, spojuje spalovací komoru s horkou trubkovnicí a výstupní potrubí spalin ze studené trubkovnice, je opatřeno zpětnou potrubní větví pro přívod části použitých spalin zpět do spalovací komory podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že přívod vzduchu k ohřevu je proveden u studené trubkovnice, odvod částečně ohřátého vzduchu z trubkového výměníku do prostoru kolem plamence spalovací komory je proveden u horké trubkovnice a odvod ohřátého vzduchu z tepplovzdušného agregátu je proveden u zaústění spojovacího kanáluFor indirect heating of air to a temperature above 150 ° C, a hot-air aggregate consisting of a combustion chamber, a connecting channel and a tubular exchanger with a hot and cold tube sheet, arranged one above the other with the longitudinal axis of the combustion chamber The flame tube is turned in the opposite direction, connecting the combustion chamber with the hot tubesheet and the flue gas outlet pipe from the cold tubesheet, provided with a return pipe for feeding part of the used flue gases back to the combustion chamber according to the present invention. in the case of a cold tube sheet, the partially heated air is discharged from the tube heat exchanger into the space around the combustion chamber flame tube at the hot tube plate and the heated air is discharged from the hot-air aggregate at the mouth of the connecting duct

239 098 do konce plamence spalovací komory, přičemž tento plamenec je zvenku opatřen pláštěm pro usměrnění proudu ohřívaného vzduchu kolem plamence spalovací komory směrem od kuželového čela jlamence k jeho konci a spojovací kanál je součástí prostoru trubkového výměníku.239 098 to the end of the combustion chamber flame tube, the flame tube having an outer jacket for directing the flow of heated air around the combustion chamber flame tube from the cone face of the lumen to its end and the connecting channel being part of the tube heat exchanger space.

Teplovzdušný agregát je možno zhotovit zásadně z oceli třídy 11, s výjimkou některých konstrukčních detailů, jako je čelo plamence spalovací komory, plamenec a spojovací kanál. Při provozování se dosahuje tepelného využití spalin výrazně přes 80 %.In principle, the hot-air unit can be made of grade 11 steel, with the exception of some design details such as the combustion chamber flame front, the flame tube and the connecting duct. In operation, the thermal utilization of the flue gas is significantly higher than 80%.

Konstrukční odlišnost teplovzdušného agregátu podle vynálezu od známých řešení, zejména od řešení podle AO 218 529 spočívá v protiproudem uspořádání, kdy přívod studeného vzduchu k ohřevu je u studené trubkovnice, přičemž k chlazení Čela plamence se používá částečně ohřátý vzduch opouštějící výměník. Poměrně vysoká teplota oliříváného vzduchu na výstupu 200 až 300 °0, vede ke srovnatelným množstvím spalin včetně recyklu části spalin vůči ohřívanému vzduchu a této skutečnosti musí být přizpůsobena konstrukce výměníku /přepážky vně trubek, turbulentní vložky v trubkách/.The constructional difference of the hot-air unit according to the invention from the known solutions, in particular from the solution according to AO 218 529, lies in a countercurrent arrangement in which the cold air supply for heating is at the cold tube sheet. The relatively high temperature of the oliated air at the outlet of 200 to 300 ° 0 results in comparable amounts of flue gas including recycled part of the flue gas relative to the heated air and this must be adapted to the design of the exchanger / partition outside the tubes, turbulent liners in the tubes.

Na připojeném obr. je schematicky znázorněn řez teplovzdušným agregátem podle vynálezu, který je v dalším popsán spolu s objasněním jeho funkce. Celý teplovzdušný agregát je umístěn v nosné konstrukci opatřené společným vnějším izolovaným pláštěm 17. Základní částí teplovzdušného agregátu je vně žebrovaný plamenec spalovací komory 1, do něhož je zasunuto kuželové čelo plamence 2, na něž navazuje hořák J a přívod mazutu £. Spaliny po průchodu spojovacího kanálu ae v horké trubkovnici 6 rozdělí do jednotlivých trubek výměníku 2» opatřených turbulentními vložkami 8· Po průchodu výměníku opouštějí spaliny za studenou trubkovnicí 3 teplovzdušný agregát. Část spalin jde doIn the attached figure, a cross-section of a hot-air unit according to the invention is shown schematically, which is described below together with an explanation of its function. The whole of the hot-air aggregate is placed in a supporting structure provided with a common outer insulated jacket 17. The main part of the hot-air aggregate is outside the ribbed flame of the combustion chamber 1 into which the conical face of the flame 2 is connected. The flue gas, after passing through the connecting channel ae in the hot tube sheet 6, divides into the individual tubes of the exchanger 2 »provided with turbulent inserts 8 · After the exchanger passes, the flue gases leave the hot air unit behind the cold tube sheet 3. Part of the flue gas goes to

239 098 komína 10 a část je jich ventilátorem 11 vracena zpět do kuželového čela plamence 2. Do výměníku se vzduch k ohřevu dopravu je ventilátorem 12 přes přírubu 13. Přepážka 14 aajišťuje intenzivní protiproude obtékání trubek výměníku 2 ohřívaným vzdu chem. Částečně ohřátý vzduch ofukující horkou trubkovnici 6 vstupuje do meziválcového prostoru mezi plamencem spalovací ko mory 1 a usměrňovacím pláštěm 15 odkud přes přírubu 16 opouští teplovzdušný agregát s teplotou cca 250 °C. Trubkový prostor a prostor spalovací komory odděluje v převážné míře přepážka 18 na níž jsou studená i horká trubkovnice 2> & volně suvně.239 098 of the chimney 10 and a part of them is returned by the fan 11 to the conical face of the flame tube 2. The air to be heated is conveyed by the fan 12 through the flange 13 to the exchanger. the tube sheet 6 enters the inter-cylindrical space between the flame of the combustion chamber 1 and the baffle 15 from where it exits through the flange 16 a hot-air unit with a temperature of about 250 ° C. The tubular space and the combustion chamber space are largely separated by a partition 18 on which the cold and hot tube sheets are freely movable.

Tepelný výkon teplovzdušného agregátu je 1,0 MW, teplota spalin u výstupu je 250 °G, teplota ohřátého vzduchu je 250 °C Trubkový výměník je z oceli třídy 11, kuželové čelo plamence 2 plamenec spalovací komory 1 a spojovací kanál 2 jsou z oceli třídy 15· Celková váha zařízení je cca 10 tun, z toho ocel tří dy 15 1500 kg, ocel třídy 17 200 kg.Heat output of the hot-air aggregate is 1.0 MW, flue gas outlet temperature is 250 ° G, heated air temperature is 250 ° C The tube exchanger is of steel class 11, the cone face of the flame tube 2 flame tube of combustion chamber 1 and 15 · The total weight of the equipment is approx. 10 tons, of which 15 1500 kg steel and 17 200 kg steel.

Claims

SUBJECT

OF THE INVENTION

239 098

Hot-air unit for indirect heating of air to a temperature above 150 ° C, consisting of a combustion chamber, a connecting duct and a tubular exchanger with a hot and cold tube sheet arranged one above the other parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber. turned in the opposite direction, connects the combustion chamber with the hot tube sheet and the flue gas outlet pipe from the cold tube sheet is provided with a return pipe for supplying part of the used flue gas back to the combustion chamber _z characterized in partially heated air from the tube heat exchanger into the space around the flame of the combustion chamber (1) is provided at the hot tube sheet (6) and the heated air is discharged from the hot air unit at the mouth of the connecting channel (5) the flamingo (1) is from the outside opa a casing (15) for directing the flow of heated air around the flame tube of the combustion chamber (1) from the cone face of the flame tube (2) to its end and the connecting duct (5) being part of the tube heat exchanger space.

1 drawing

239 098