CS254856B1

CS254856B1 - Surface heat exchanger with heat-exchanging surface formed by thermal tubes

Info

Publication number: CS254856B1
Application number: CS852117A
Authority: CS
Inventors: Josef Wagner; Radim Ledecky; Miroslav Kastanek
Original assignee: Josef Wagner; Radim Ledecky; Miroslav Kastanek
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1985-03-25
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS211785A1

Abstract

Řešení se týká povrchového výměníku tepla, u něhož zprostředkovávají převod tepla tepelné trubice. Je charakterizováno tím, že tepelné trubice jsou rozděleny do nejméně dvou svazků, jež tvoři samostatné výměníkové bloky, kde teplosměnným pracovním prostorům jednotlivých bloků řazených za sebou a teplosměnných médií, přísluší alespoň jedno obtokové potrubí, alespoň jeden spojovací kanál s vícecestnými uzavíracími orgány a přívodní a výstupní potrubí teplosměnného média s vícecestnými uzavíracími orgány. Teplosměnná plocha jednotlivých výměníkových bloků je stejná nebo odstupňovaná.The invention relates to a surface heat exchanger heat transfer heat pipe. It is characterized in that the heat pipes are divided to at least two separate volumes heat exchanger blocks where heat exchanger work spaces of individual blocks and media exchange, it is at least one bypass pipe at least one multipath connection channel closing organs and inlet and outlet pipes of a heat transfer medium with multipath closing organs. Heat transfer surface the individual heat exchanger blocks is the same or graded.

Description

Vynález se týká povrchového výměníku tepla, u něhož zprostředkovávají převod tept tepelné trubice. Výměník je určen především pro převod tepla mezi dvěma plynnými médi‘ může však být použit i pro přfevod tepla mezi plynem a kapalinou či mezi dvěma kapalinami,The invention relates to a surface heat exchanger in which the heat transfer is mediated by a heat pipe. The heat exchanger is designed primarily for heat transfer between two gaseous media méd but it can also be used for heat transfer between gas and liquid or between two liquids,

Kromě potřeby navržení regulace je někdy třeba, například jsou-li teplosměnným médiem spaliny ze sirných paliv, navrhnout výměník tepla s maximální tepelnou účinností s ohledem na kondenzaci agresivních složek, spalin na činných plochách výměníku. Typickým příkladem výměníku tepla tohoto typu je výměník určený pro využití tepla spalin ze sirných paliv z procesních pecí ropného průmyslu na ohřev vzduchu braného z okolí pece, u kterého vznikají podmínky pro kondenzaci kyseliny sírové na činných plochách výměníků, zejména v zimním období.In addition to the need to propose regulation, it is sometimes necessary, for example, if the heat transfer medium is flue gas from sulfur fuels, to design a heat exchanger with maximum thermal efficiency with regard to condensation of aggressive components, flue gases on the exchanger active surfaces. A typical example of a heat exchanger of this type is a heat exchanger designed to utilize the heat of the flue gas from sulfur fuels from the oil industry process furnaces to heat the air taken from the furnace environment, where condensation of sulfuric acid on the heat exchanger surfaces occurs.

Nepříznivému vlivu proměnlivé vstupní teploty ohřívaného média, nejčastěji vzduchu, a nežádoucímu poklesu teploty činných ploch výměníku pro předem stanovenou hodnotu se doposud předchází obvykle tak, že se ohřívané médium před vstupem do výměníku předehřívá ve zvláštním výměníku dalším zdrojem tepla, například vodní párou, na teplotu, při níž k podkročení předem stanovené teploty vnějších teplosměnných ploch výměníku nemůže dojít anebo se teplota ohřívaného média - vzduchu - na vstupu do výměníku zvýší smíšením s částí již ohřátého vzduchu. Těmito postupy lze předpokládaných účinků dosáhnout, ovšem za cenu zvýšených nákladů na výměnu tepla, nebot oba postupy vyžadují přídavná zařízení a další energie.Until now, the adverse influence of the variable inlet temperature of the heated medium, most often air, and the unwanted drop in the heat exchanger surfaces for a predetermined value are usually prevented by heating the heated medium in a separate heat exchanger to another temperature before entering the exchanger. , in which the predetermined temperature of the external heat exchanger surfaces of the exchanger cannot be exceeded or the temperature of the heated medium - air - at the inlet to the exchanger is increased by mixing with a part of already heated air. These processes can achieve the expected effects, but at the expense of increased heat exchange costs, since both processes require additional equipment and additional energy.

V případech, kdy ohřívaným médiem je spalovací vzduch pro pece a kotle, jsou oba shora popsané postupy předehřevu vzduchu nadto méně vhodné také z hlediska zvýšené tvorby kysličníků dusíku během spalovacího procesu uvnitř těchto zařízení a u procesních pecí ropného průmyslu někdy také z hlediska vyšších spalovacích teplot.Moreover, in cases where the heated medium is combustion air for furnaces and boilers, both of the above-described air preheating processes are also less suitable in view of the increased formation of nitrogen oxides during the combustion process within these plants and sometimes also in higher oil temperatures.

Popsané nevýhody jsou naproti tomu potlačeny u povrchového výměníku tepla s teplosměnnou plochou tvořenou tepelnými trubicemi podle vynálezu, který je charakterizován tím, že tepelné trubice jsou rozděleny do nejméně dvou svazků, jež tvoří samostatné výměníkové bloky, kde teplosměnným pracovním prostorům jednotlivých bloků, jež jsou řazeny za sebou, a teplosměnných médií, přísluší alespoň jedno obtokové potrubí, alespoň jeden spojovací kanál s vícecestnými uzavíracími orgány a přívodní a výstupní potrubí teplosměnného média s vícecestnými uzavíracími orgány. Teplosměnná plocha jednotlivých výměníkových bloků je stejná nebo odstupňovaná. Alespoň jeden teplosměnný pracovní prostor teplosměnného média bez agresivních složek a o vyšším tlaku jak druhé teplosměnné médium, jež obsahuje agresivní složky, je přídavným potrubím s vestavěnými uzavíracími orgány propojen s alespoň jedním teplosměnným pracovním prostorem druhého teplosměnného média obsahujícího agresivní složky. Alespoň jeden teplosměnný pracovní prostor teplosměnného média, obsahujícího agresivní složky může být propojen ne zdrojem neutrálného média o vyšším tlaku, než má médium s agresivními složkami přídavným potrubím.The described disadvantages, on the other hand, are suppressed in a surface heat exchanger having a heat exchange surface formed by the heat pipes according to the invention, characterized in that the heat pipes are divided into at least two bundles which form separate heat exchanger blocks. at least one bypass line, at least one connecting channel with multi-way shut-off members, and inlet and outlet lines of the heat-transfer medium with multi-way shut-off members. The heat exchange surface of the individual heat exchanger blocks is the same or graduated. The at least one heat exchange working space of the heat transfer medium without aggressive components and at a higher pressure than the second heat exchange medium containing the aggressive components is connected to the at least one heat exchange working space of the second heat transfer medium containing the aggressive components. The at least one heat exchange working space of the heat transfer medium containing the aggressive components may be connected to a source of neutral medium of higher pressure than the medium to the aggressive components by an additional line.

Vícebloký výměník tepla podle vynálezu umožňuje pružnou a hospodárnou regulaci tepelného výkonu výměníku, a tím snížení nákladů na dopravu teplosměnných médií vyřazováním bloku či bloků z provozu a dále výměnu tepla bez nebezpečí korozního napadení teplosměnných ploch agresivními složkami teplo předávajících médií bez přídavných zařízení a bez dalších druhů či množství energie.The multi-block heat exchanger according to the invention enables a flexible and economical regulation of the heat output of the exchanger, thus reducing the cost of transporting heat exchanger media by decommissioning the block or blocks and further heat exchange without the risk of corrosion of heat exchanger surfaces by aggressive heat transfer media without additional equipment. or the amount of energy.

Teplosměnná plocha jednotlivých bloků výměníku může být přitom shodná anebo, v zájmu citlivější a ekonomičtější regulace tepe.lného výkonu výměníku, odstupňovaná. Odstupňování teplosměnné plochy se přitom provádí podle místních provozních a technologických podmínek, popřípadě podle požadavků provozovatele.The heat exchange surface of the individual heat exchanger blocks can be the same or, in the interest of a more sensitive and economical regulation of the heat exchanger heat output, staggered. The grading of the heat exchange surface is carried out according to local operating and technological conditions, or according to the requirements of the operator.

Obtoková potrubí mohou být provedena jako jedno nebo dvouproudá, tvořená jedním nebo dvěma samostatnými obtokovými kanály, event. jako víceproudá, sestávající z více samostatných obtokových kanálů. Jednoproudé obtokové potrubí je vhodné pro menší průtočná množství teplosměnných médií a pro méně časté používání tohoto potrubí. Dvouproudé obtokové potrubí je vhodné pro větší průtočná množství a pro časté používání. Víceproudá obtoková potrubí jsou určena pro zvláštní případy využívání.The bypass ducts may be designed as one or two streams, consisting of one or two separate bypass channels, respectively. as multi-stream, consisting of multiple separate bypass channels. The single flow bypass line is suitable for smaller flow rates of heat transfer media and less frequent use of this line. The two-pass bypass pipe is suitable for larger flow rates and frequent use. Multi-flow bypass pipes are designed for special applications.

Obsahuje-li jedno z teplosměnných médií, například spaliny, agresivní složky, je účelné z pracovních prostorů vyřazených z provozu toto médium odstranit (vytlačit) a nahradit je médiem bez agresivních složek, například vzduchem, na celou dobu provozu. V případech, kdy médium bez agresivních složek má vyšší tlak než médium s agresivními složkami, lze dosáhnout vytlačení a nahrazení média s agresivními složkami pouhým propojením pracovních prostorů obou teplosměnných médií přídavným potrubím s uzavíracími orgány. Jinak lze pro tento účel použít jakékoliv neutrální médium, například argon nebo dusík, které má vyšší tlak než médium s agresivními složkami. Propojení prostorů s uvedenými médii se provádí zvláštním přídavným potiubím.If one of the heat transfer media, such as flue gas, contains aggressive components, it is expedient to remove (expel) the medium from the decommissioned workspace and replace it with a medium without aggressive components, such as air, for the entire period of operation. In cases where the medium without the aggressive components has a higher pressure than the medium with the aggressive components, it is possible to extrude and replace the medium with the aggressive components simply by interconnecting the working spaces of the two heat transfer media with an additional line with shut-off elements. Otherwise, any neutral medium, such as argon or nitrogen, having a higher pressure than the medium with aggressive components may be used for this purpose. Interconnection of the spaces with the mentioned media is performed by special additional pipes.

Příkladné provedení povrchového výměníku tepla podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje v bočním pohledu schéma výměníku, jehož teplosměnná plocha je rozdělena do dvou shodných samostatných pracovních bloků s jedním jednoproudým a jedním dvouproudým obtokovým potrubím, obr. 2 představuje půdorysný pohled na výměník podle obr. 1, obr. 3 představuje půdorysný pohled na horní pracovní prostory výměníku podle obr. 1 a 2, je-li jeden výměníkový blok vyřazen z provozu, obr. 4 představuje půdorysný pohled na dolní prostory prostory výměníku podle obr. 1 a 2, je-li jeden výměníkový blok vyřazen z provozu, ohr. 5 představuje půdorysný pohled na pracovní prostory jednoho teplosměnného média výměníku s dvouproudým obtokovým potrubím a teplosměnnou plochou rozdělenou do tří nestejných bloků, obr. 6 představuje půdorysný pohled na pracovní prostory jednoho teplosměnného média s jedno;proudým obtokovým potrubím a s teplosměnnou plochou rozdělenou obdobným způsobem jako - výměníku podle obr. 5.An exemplary embodiment of a surface heat exchanger according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a side view of a heat exchanger whose heat exchanger surface is divided into two identical separate working blocks with one single flow and one two flow bypass duct. Fig. 1 is a plan view of the upper working spaces of the exchanger of Figs. 1 and 2 when one exchanger block is taken out of operation; Fig. 4 is a plan view of the lower rooms of the exchanger spaces of Fig. 1; and 2, if one heat exchanger block is out of operation; Fig. 5 is a plan view of the working spaces of one heat exchanger medium with a two-flow bypass duct and a heat transfer surface divided into three unequal blocks; Fig. 6 is a plan view of the work spaces of one heat transfer medium with a single flow stream of the exchanger according to FIG.

Povrchový výměník tepla v provedení podle obr. 1 a 2 sestává ze dvou samostatných výměníkových bloků i a 2 c tepelnými trubicemi uloženými ve svislé poloze. Oba bloky 2 a 2 jsou rozděl ony vodorovnými dělícími stěnami, kolmými na tepelné trubice, na pracovní prostory jednotlivých teplosměnných médií, přičemž horní přísluší teplo přebírajícímu médiu a dolní teplo předávajícímu médiu. Pracovní prostory téhož média jsou propojeny kanály £, resp.The surface heat exchanger in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 consists of two separate heat exchanger blocks 1 and 2c with heat tubes mounted in a vertical position. Both blocks 2 and 2 are divided by horizontal dividing walls perpendicular to the heat tubes, into the working spaces of the individual heat transfer media, the upper one being the heat transferring medium and the lower one the heat transferring medium. The workspaces of the same medium are interconnected by channels 8 and 9, respectively.

se zabudovanými vícecestnými uzavíracími orgány ]_, resp. 10. Ve znázorněném provedení protéká oběma horními pracovními prostory ohřívaný vzduch a oběma dolními pracovními prostory spaliny.with built-in multi-way shut-off members 1, respectively. 10. In the illustrated embodiment, heated air flows through both upper working spaces and flue gas through both lower working spaces.

Obě teplosměnná média proudí v daném případě v protiproudu. Ohřívanýá vzduch je přitom dopravován nenaznačeným vzduchovým ventilátorem a protéká postupně přívodním potrubím 4_ s vestavěnou uzavírací klapkou 5, pak příslušným pracovním prostorem bloku 2, spojovacím kanálem s vestavěnými uzavíracími klapkami ]_ a příslušným pracovním prostorem bloku 1 a naposled potrubím 11. Odtud je odváděn na místa upotřebení v pecí 2·Both heat transfer media flow in countercurrent in this case. The heated air is conveyed by an unmarked air fan and flows successively through the inlet duct 4 with the built-in shutter 5, then through the respective working space of the block 2, the connecting duct with the built-in shutters. furnace application points 2 ·

Spaliny po výstupu z pece 2 ^a průchodu přívodním potrubím 12 procházejí naproti tomu nejdříve dolním pracovním prostorem výměníkového bloku JL, pak spojovacím kanálem 13 se dvěma uzavíracími klapkami 10 a jednou uzavírací klapkou 9, dále příslušným pracovním prostorem výměníkového bloku 2 a posléze výstupním potrubím 14 se dvěma stejnými uzavíracími klapkami 15. Odtud k nenaznačenému spalinovému ventilátoru či do komína.On the other hand, the flue gas after leaving the furnace 2 ^and passing through the supply line 12 passes first through the lower working space of the exchanger block 11, then through the communication channel 13 with two shutter flaps 10 and one shutter flap 9. Two identical shut-off flaps 15. From there to an unmarked flue gas fan or chimney.

Na obr. 3 a 4 je znázorněné postavení uzavíracích klapek 2' £ a 10 ve spojovacích kanálech 6 a 13 výměníku tepla podle obr. l’a 2, je-li výměníkový blok 2 vyřazen z provozu. V tomto případě jsou uzavřeny uzavírací klapka 2 ^ve spojovacím kanálu 6, dále uzavírací klapka 2 v přívodním potrubí £, uzavírací klapka 2 ^ve spojovacím kanálu 13 a obě uzavírací klapky 15 ve výstupním potrubí 22· ^Za provozu jsou pak obě teplosměnná média vedena mimo výměníkový blok 2., a to spaliny dvouproudým obtokovým potrubím a dvojicí symetricky uspořádaných obtokových kanálů 16 a vzduch jednoproudým obtokovým potrubím 17 ústícím do spojovacího kanálu jí. Ostatní naznačené uzavírací klapky 10 jsou v tomto případě v poloze otevřeno”.FIGS. 3 and 4 show the position of the shut-off flaps 26 and 10 in the heat exchanger connection channels 6 and 13 of FIGS. 1 and 2 when the heat exchanger block 2 is out of operation. In this case, the closed shut-off valve 2 ^{in the} connecting passage 6, further closing flap 2 is in the supply pipe £, the closing flap 2 ^{at the} connecting passage 13 and the two closing flaps 15 in the outlet conduit 22 · ^In operation, then both the heat exchange medium fed outside the heat exchanger coil 2, the flue gas by means of a two-pass bypass line and a pair of symmetrically arranged by-pass channels 16 and air by a single-by-pass by-pass line 17 opening into the connecting channel thereof. The other indicated shut-off valves 10 are in this case in the open position.

Na obr. 1 a 2 je dále naznačeno přídavné potrubí 18 s uzavíracím orgánem 19 propojující vzduchový pracovní prostor výměníkového bloku _! se spalinovým pracovním prostorem výměníkového bloku 2_, které je určeno pro vytlačování spalin z příslušného spalinového pracovního prostoru výměníkového bloku 2 vzduchem ze vzduchového pracovního prostoru výměníkového bloku _1.1 and 2, an additional duct 18 with a shut-off member 19 interconnecting the air working space of the exchanger block 10 is shown. with the flue gas working space of the heat exchanger block 2, which is intended for expelling the flue gas from the respective flue gas working space of the exchanger block 2 by air from the air working space of the exchanger block 1.

Obr. 5 a 6 představují uspořádání pracovních prostorů 20, 21 a 22, spojovacích kanálů 26,Giant. 5 and 6 show the arrangement of the working spaces 20, 21 and 22, the connecting channels 26,

27, 28 a 29 a obtokových potrubí 23, 24 a 25 jednoho teplosměnného média výměníku tepla, jehož teplosměnná plocha je rozdělena do tří výměníkových bloků.27, 28 and 29 and bypass lines 23, 24 and 25 of one heat exchanger medium of the heat exchanger, the heat exchange surface of which is divided into three heat exchanger blocks.

Na obr. 5 je teplosměnná plocha jednotlivých bloků odstupňována v poměru 1:2:3, na obr. 6 v poměru 3:3:5. Pracovní prostory 20, 21, 22 jednotlivých výměníkových bloků jsou shodně označeny na obou obrázcích. Dvouproudé obtokové potrubí na obr. 5 sestává ze dvou obtokových kanálů 23, 24. Na obr. 6 je jednoproudé obtokové potrubí 25. Na obr. 5 jsou naznačeny dva vnitřní spojovací kanály 26, 27 a dva krajní spojovací kanály 28, 29. Oba druhy spojovacích kanálů 26, 27, 28, 29 obsahují stejné uzavírací klapky 30, což je vyznačeno jen u spojovacího kanálu 28. Každá uzavírací klapka 30 má tři regulační křídla 31, což je naznačeno jen u jedné uzavírací klapky spojovacího kanálu 26. Obdobně je uspořádána část výměníku tepla pro druhé teplosměnné médium.In Fig. 5, the heat exchange surface of the individual blocks is graduated in a ratio of 1: 2: 3, in Fig. 6 in a ratio of 3: 3: 5. The working spaces 20, 21, 22 of the individual heat exchanger blocks are identically identified in both figures. The two-pass bypass line in FIG. 5 consists of two by-pass channels 23, 24. FIG. 6 shows a single-bypass bypass line 25. In FIG. 5 two inner connecting channels 26, 27 and two outer connecting channels 28, 29 are indicated. the connecting ducts 26, 27, 28, 29 comprise the same shut-off flaps 30, which is indicated only for the connecting duct 28. Each shut-off flap 30 has three control wings 31, which is indicated for only one shut-off flap of the connecting duct 26. the heat exchanger for the second heat transfer medium.

Uspořádání výměníku tepla podle vynálezu včetně rozdělení na samostatné výměníkové bloky není ovšem omezeno jen na provedení znázorněná na výkresech. Počet výměníkových bloků a rozdělení celkové teplosměnné plochy výměníku je libovolné a je omezeno jen ekonomickými, případně provozními hledisky. Rovněž spojovací kanály mohou být provedený jinak než je naznačeno na výkresech.However, the arrangement of the heat exchanger according to the invention, including the division into separate heat exchanger blocks, is not limited to the embodiments shown in the drawings. The number of heat exchanger blocks and the distribution of the total heat exchange surface of the exchanger is arbitrary and is limited only by economic or operational aspects. Also, the connection channels can be made differently than indicated in the drawings.

Výměník je určen zejména pro takové případy výměny tepla, kdy se vstupní teplota ohřívaného média, popřípadě výstupní teplota ohřívajícího média mění, například z důvodů provozních či atmosférických, v důsledku čehož vyvstává potřeba regulace tepelného výkonu výměníku.The heat exchanger is particularly suitable for heat exchange cases where the inlet temperature of the heated medium or the outlet temperature of the heating medium changes, for example for operational or atmospheric reasons, and there is a need to control the heat output of the exchanger.

Claims

1. Surface heat exchanger with heat exchange surface formed by heat pipes, marked

Wherein the heat pipes are divided into at least two bundles which form separate heat exchanger blocks (1, 2), wherein the heat exchange working spaces (20, 21, 22) of the individual heat exchanger blocks (1, 2) are arranged in series, and at least one conduit (16, 17), at least one connecting channel (6, 13) with multi-way shut-off members (7, 8, 10) and an inlet conduit (4) and an outlet conduit (14) of the heat transfer medium with multi-way authorities (5, 7, 8, 10, 15).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchange surface of the individual heat exchanger blocks (1, 2) is the same.

-

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchange surface of the individual heat exchanger blocks (1, 2) is graduated.

Heat exchanger according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the at least one heat exchange working space (20, 21, 22) of the heat transfer medium without aggressive components and at a higher pressure than the second heat transfer medium containing aggressive components is via an additional conduit (18). ) connected to the at least one heat exchange working space (20, 21, 22) of the second heat exchange medium containing the aggressive components.

Heat exchanger according to one of Claims 1 to 4, characterized in that at least one heat exchanger working space (20, 21, 22) of the working heat exchanger medium containing the aggressive components is connected via an additional duct to a source of neutral foreign medium of higher pressure than the heat exchanger medium with aggressive components. ingredients.