CS251276B1

CS251276B1 - Serial-parallel wiring of tubular heat exchanger elements

Info

Publication number: CS251276B1
Application number: CS845564A
Authority: CS
Inventors: Pavel Sonovsky
Original assignee: Pavel Sonovsky
Priority date: 1984-07-19
Filing date: 1984-07-19
Publication date: 1987-06-11
Also published as: CS556484A1

Abstract

Řeší se zapojení jednotlivých článků trubkového rekuperátoru za účelem zvýšení životnosti prvních článků rekuperátoru. Zapojení článků trubkového rekuperátoru rozděleného do tří sekcí, u něhož jsou články v sekcích zapojeny v souproudu či protiproudu a kde první, čelní sekce slouží jako tepelná ochrana rekuperátoru, je prove deno tak, že první čelní sekce je zapoje na paralelně k sériově propojeným sekcím a články jsou v sekcích zapojeny paralel ně.The connection of individual elements of a tubular recuperator is addressed in order to increase the service life of the first elements of the recuperator. The connection of the elements of a tubular recuperator divided into three sections, in which the elements in the sections are connected in cocurrent or countercurrent and where the first, front section serves as thermal protection of the recuperator, is carried out in such a way that the first front section is connected in parallel to the series-connected sections and the elements are connected in parallel in the sections.

Description

Vynález řeší sériově-paralelní zapojení jednotlivých článků trubkového rekuperátoru za účelem zvýšení životnosti prvních článků rekuperátoru.The invention solves a series-parallel connection of individual tubular heat exchanger elements in order to increase the service life of the first heat exchanger elements.

U konvekčnich trubkových rekuperátorů, které pracují s vyššími provozními teplotami, hrozí přehřátí přední řady článků, protože odpor proti pohybu předehřívaného vzduchu se zvětšuje s rostoucí teplotou spalin omývajících rekuperátorové trubky. Používání tekutých paliv přináší nebezpečí tzv. vanadové koroze a kov rekuperátorových trubek je tak vystaven kombinovanému namáhání - tepelného i chemickému. Ochrana čelních článků se řeší někdy přidáváním chladného vzduchu do proudu horkých spalin, čímž se snižuje povrchová teplota trubky pod bod tání sloučenin vanadu, ale nevýhodou na straně druhé je zmenšení vnášeného tepla spalin. Jiným řešením jsou tzv. clonící články, zhotovené obvykle z hladkých žáruvzdorných trubek ohnutých do smyčky, které nejsou stavební součástí hlavního rekuperátoru a zařazují se před čelní část k utlumení prvního tepelného nárazu. Tato clonící sekce se zapojuje paralelně s hlavním rekuperátorem a prochází jí přibližně jedna desetina všeho ohřívaného vzduchu. Je také zkonstruován sektorový rekuperátor tvořený třemi a více sektory, které jsou řazeny za sebou a každý z nich sestává ze stejného počtu trubkových rekuperátorovách článků opatřených rozváděcími vzduchovými skříněmi shodné konstrukce a jsou uspořádány souproudně se spalinami. Výrobní a montážní podmínky se tak vlivem unifikace dílů usnadňují a je možno narušené sektory přední části přeřadit do tepelného stínu a Zachovalé zadní sektory přeřadit do exponované čelní části rekuperátoru. S ohledem ná vysokou náročnost tohoto řešeni na zástavbový prostor bylo vyvinuto kompromisní řešení protiproudého konvekčního trubkového rekuperátoru, který sestává z jediné sekce a jehož vzduchová rozváděči skříň, nacházející se v horní části rekuperátoru, je symetricky rozdělena dvěma rovinami, které jsou na sebe kolmé a oddíl studeného vzduchu ve vzduchové skříni je přepažitelný pomoci klapy.For convection tube heat exchangers operating at higher operating temperatures, there is a risk of overheating of the front row of cells, as the resistance to the movement of preheated air increases as the temperature of the flue gas washing the heat exchanger tubes increases. The use of liquid fuels carries the risk of so-called vanadium corrosion and the metal of the heat exchanger tubes is thus exposed to combined stresses - both thermal and chemical. Frontal protection is sometimes solved by adding cold air to the hot flue gas stream, thereby lowering the surface temperature of the pipe below the melting point of the vanadium compounds, but the disadvantage, on the other hand, is the reduction of the flue gas heat input. Another solution is the so-called screening elements, usually made of smooth refractory tubes bent into a loop, which are not part of the main recuperator and are placed in front of the front part to dampen the first thermal impact. This screening section is connected in parallel with the main recuperator and passes through about one-tenth of all the heated air. A sectoral recuperator is also constructed consisting of three or more sectors sequentially arranged, each consisting of an equal number of tubular recuperator cells provided with air distribution boxes of the same design and arranged in parallel with the flue gas. The manufacturing and assembly conditions are facilitated by the unification of the parts and it is possible to transfer the disturbed front sectors to the thermal shade and the retained rear sectors to the exposed front part of the heat exchanger. Due to the high demands of this solution on the installation space, a compromise solution of the countercurrent convection tubular recuperator has been developed, which consists of a single section and whose air distribution box located at the top of the recuperator is symmetrically divided by two planes perpendicular to each other. The cold air in the air cabinet is replaceable by help of pillars.

Při poškozeni předních trubek se rekuperátor vytáhne ze spalinového kanálu, otočí se o 180°, klapa se přeloží do druhé krajní polohy a rekuperátor opět pracuje se Zachovalými čelními trubkami. Po tomto obrácení rekuperátoru však jeho životnost jako celku končí, kromě toho existují zřídka tak velké montážní prostory, které by umožnily prostorově velmi náročnou manipulaci.If the front pipes are damaged, the recuperator is pulled out of the flue gas duct, rotated 180 °, the flap is folded to the second end position and the recuperator works again with the retained front pipes. However, after this reversal of the heat exchanger, its lifetime as a whole ends, moreover, there are rarely such large assembly spaces that would allow very space-intensive handling.

U některých známých typů souproudých trubkových rekuperátorů se zvyšuje tlak vzduchu ohřívaného v trubkách clonícího rekuperátoru, aby byl překonán zvýšený hydraulický odpor v této části; zajištuje to škrtící clona v přívodním potrubí studeného vzduchu přiváděného do rozváděči vzduchové skříně čelní sekce, čímž se na druhé straně zhoršuje celková bilance tlakových ztrát. Souhrnně lze konstatovat, že v současné době jsou jednotlivé články kovových trubkových rekuperátorů ohřívacích pecí zapojeny paralelně. Za předpokladu stejných součinitelů místních ztrát a jednotlivých článků protéká všemi články rekuperátoru přibližně stejné množství vzduchu a za tohoto stavu je proto stále nejvíce namáhán první článek rekuperátoru.In some known types of downstream tube heat exchangers, the air pressure heated in the tubes of the shielding recuperator is increased to overcome the increased hydraulic resistance in this section; this is ensured by the throttle orifice in the cold air inlet pipe supplied to the front section air cabinet, which in turn worsens the overall pressure loss balance. In summary, the individual sections of the metal tubular heat exchangers of the heating furnaces are currently connected in parallel. Assuming the same local loss coefficients and individual cells, approximately the same amount of air flows through all the heat exchanger elements, and in this state the first heat exchanger element is still most stressed.

Uvedené nevýhody odstraňuje sériově-paralelní zapojení článků trubkového rekuperátoru rozděleného do tří sekcí, u něhož jsou články zapojeny v souproudu či protiproudu a kde první, čelní sekce tvoří tepelnou ochranu rekuperátoru, podle vynálezu a vyznačuje se tím, že první, čelní sekce je zapojena paralelně k sériově propojeným sekcím a články jsou v sekcích zapojeny paralelně.These disadvantages are overcome by the series-parallel connection of the tubular recuperator sections divided into three sections, in which the elements are connected in a countercurrent or countercurrent manner and wherein the first, front sections form the heat protection of the recuperator according to the invention. to the series-connected sections and the cells are connected in parallel in the sections.

Zapojení článků v rekuperátoru podle vynálezu zabezpečuje průtok zvýšeného množství vzduchu prvni sekcí rekuperátoru prakticky bez regulačních členů při nepatrném vzrůstu tlakových ztrát na straně vzduchu ve srovnání s paralelním zapojením všech článků bez regulace množství vzduchu do jednotlivých článků škrcením. První sekce, vlivem intenzivnějšího ochlazování trubek, pracuje jako ochranná sekce, bránící propálení druhé a třetí sekce, má prodlouženou životnost a možnost snadné výměny při poškození.The connection of the cells in the recuperator according to the invention ensures the flow of increased air volume through the first section of the recuperator virtually without regulating elements with a slight increase in pressure losses on the air side compared to the parallel connection of all cells without air volume control into individual cells by throttling. The first section, due to the intensified cooling of the tubes, works as a protective section, preventing the burning of the second and third sections, has an extended life and the possibility of easy replacement in case of damage.

Vynález je v příkladu provedení znázorněn schematicky na připojeném výkresu, na němž obr. 1 představuje pohled shora do spalinového kanálu na propojeni článků a sekcí v rekuperátoru a obr. 2 je bočním pohledem na rekuperátor z obr. 1.The invention is illustrated schematically in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a top view of the flue gas duct for connecting the cells and sections in the recuperator, and Fig. 2 is a side view of the recuperator of Fig. 1.

Ve spalinovém kanálu j4 jsou instalovány tři sekce rkuperátoru, sloužícího pro ohřev spalovacího vzduchu pro hořáky narážecí válcovenské pece a sestávající z devíti článků.In the flue gas duct 14 there are installed three sections of a recuperator for heating the combustion air for the burners of a ramming furnace and consisting of nine cells.

Třetí sekce 30 je tvořena čtyřmi články 31, 32, 33, 34.' do kterých vstupuje studený vzduch 2 proti proudu horkých spalin .6, částečně ohřátý vzduch je ze sekce 30 přiváděn do druhé sekce 20, která je rovněž tvořena čtyřmi články 21, 22, 23, 24. Ohřátý vzduch T_ je ze sekce 20 veden dále do potrubí k hořákům.The third section 30 is formed by four links 31, 32, 33, 34. ' into which the cold air 2 enters upstream of the hot flue gas 6, the partially heated air is fed from the section 30 to the second section 20, which is also formed by four elements 21, 22, 23, 24. pipes to the burners.

Články 21, 22, 23, 24 v druhé sekci 20 i články 21' 32, 33, 34 v třetí sekci 30 jsou zapojeny paralelně a obě sekce 20, 30 jsou propojeny vzájemně sériově v protiproudu. Ochranná prvni čelní sekce 10 je tvořena jediným článkem 11 a je zapojena v souproudu. Vzhledem k poměrům tlakovým ztrát v uvedeném konkrétním zapojení rekuperátoru může čelní sekci 10 procházet více než čtvrtina celkového množství vzduchu. Uvedené zapojení se uplatní zejména při použiti kovových rekuperátorů typu U, ale také u rekuperátorů s rovnými trubkami se společnou spodní vzduchovou krabicí, které jsou sestavovány do celku z jednotlivých článků. Počet článků v sekcích a jejich zapojení do souproudu či protiproudu v sekcích je nutno posoudit podle konkrétních teplot spalin, při kterých budou pracovat články druhé a třetí sekce 22' 12·The cells 21, 22, 23, 24 in the second section 20 and the cells 21 '32, 33, 34 in the third section 30 are connected in parallel and the two sections 20, 30 are connected in series with each other in countercurrent. The protective first face section 10 is formed by a single cell 11 and is connected in co-current. Due to the pressure drop ratios in said particular recuperator circuit, more than a quarter of the total air volume can pass through the front section 10. This connection is particularly useful when using U type metal heat exchangers, but also for straight tube heat exchangers with a common lower air box, which are assembled as a whole from individual cells. The number of cells in the sections and their connection to the upstream or countercurrent in the sections must be judged according to the specific flue gas temperatures at which the cells of the second and third sections will operate 22 '12 ·

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Serial-parallel connection of tubular recuperator sections divided into three sections, in which the sections are connected upstream or downstream, and wherein the first, front sections form the heat protection of the recuperator, characterized in that the first front section (10) is connected in parallel to the serially connected sections 20, 30) and the cells (11, 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34) are connected in parallel in the sections (10, 20, 30).

1 drawing