CZ20966U1 - Rekuperační zařízení pro následné využití odpadního tepla vznikajícího pri provozu turbosoustrojí se spalovací turbínou - Google Patents

Description

Rekuperační zařízení pro následné využití odpadního tepla vznikajícího při provozu turbosoustrojí se spalovací turbínou

Oblast techniky

Technické řešení se týká rekuperačního zařízení pro následné využití tepla vznikajícího při pro5 vozu turbosoustrojí se spalovací turbínou, kdy se odpadní teplo obsažené ve výstupních spalinách turbíny využívá k ohřevu cyklového stlačeného vzduchu před jeho vstupem do procesu hoření ve spalovací komoře. Zvýšení vstupní teploty cyklového vzduchu se významným způsobem podílí na zvýšení termické účinnosti turbosoustrojí.

Dosavadní stav techniky to Ze stavu techniky je známo zařazení regeneračních výměníků do zařízení osazeného spalovací turbínou. Snahou konstruktérů je zajistit co nejlepší využití odpadního tepla a proto se snaží výměníky různými konstrukčními opatřeními upravit k dosažení uvedeného cíle. Ze spisu CA 2571236 je znám deskový výměník, kdy je mezi deskami umístěn vlnovec vytvořený z jednoho plechu a proud je hnán přes tyto vlnovce, kde se rozdělí do mnoha malých proudů.

Ze spisu WO 01/88361 je znám podobný vlnovec z plechu umístěný mezi deskami, ale desky jsou ohnuty ve velkém průměru do kruhových plochých segmentů a speciálními zámky spojovány k sobě.

Z patentového spisu US 6,951,110 je znám deskový výměník, kdy je mezi deskami uspořádána soustava zvlněných drátů a to tak, že se vytváří polokruhové průchody, které však nemají stěny, takže může docházek k velkým turbulencím procházejícího plynu.

Ze spisu FR 2740210 je známo usměrňovači zařízení ukládané do trubky sestávající z koulí natlačených na sebe a provrtaných v různých místech a mimoose, takže netvoří korálkový řetězec, ale každá z koulí je v průřezu trubky jinak uspořádána, takže vzniká velmi komplikovaná dráha pro procházející plyn. Koule jsou navlečeny na ocelovém drátu, který má na okraji trubice napí25 nací zařízení tvořené pružinou, která zajišťuje, aby byly koule svou polohou definovány stále na stejném místě ve vnitřním prostoru trubky. Takové proudové usměrňovači zařízení je ale velmi komplikované, drahé na výrobu a v případě poruchy jen velmi obtížně znovu ustavitelné.

V současném provedení je do pracovního cyklu spalovací turbíny zařazen deskový regenerační výměník, který vrací část tepla obsaženého v odcházejících spalinách do pracovního cyklu turbí30 ny. Toto konstrukční řešení však nevyhovuje, neboť je zastaralé a stupeň rekuperace deskových výměníků je poměrně nízký (0,64). Dále je deskový výměník vlivem tepelných změn při startu turbíny velmi materiálově namáhán, svary jednotlivých sekcí praskají a výměník ztrácí těsnost již po několika startech turbíny. To má za následek výrazné snížení účinnosti výměníku a snížení výkonu turbíny. Oprava takovýchto deskových výměníků je velice problematická a průměrná životnost těchto deskových výměníků se pohybuje pouze kolem dvou až tří let.

Cílem technického řešení je představit takové uspořádání zařízení pro rekuperaci tepla vznikajícího při provozu spalovací turbíny, které by umožnilo podstatně zvýšit termickou účinnost turbosoustrojí a prodloužit životnost energického agregátu při maximálně možném využívání odpadního tepla. Je nutné aby toto technické řešení nekladlo další dodatečné nároky na změny dispo40 zičního uspořádání jednotlivých navazujících zařízení při instalaci a realizaci této technologie.

Podstata technického řešeni

Výše uvedené nedostatky deskových výměníků v maximální míře odstraňuje rekuperační zařízení pro rekuperaci tepla vznikajícího pň provozu turbosoustrojí se spalovací turbínou. Turbosoustrojí sestávající ze spalovací turbíny, sacího traktu, chladičů oleje, potrubního systému vzduchu a spalin uvnitř haly, potrubního systému vzduchu a spalin vně haly je vybaveno výměníkem odpadního tepla spaliny-vzduch. Podstata technického řešení spočívá v tom, že výměník tepla je

-1 CZ 20966 Ul proveden jako trubkový se stupněm rekuperace až 0,81. Konstrukčně je trubkový výměník řešen tak, že spaliny procházejí uvnitř trubek a ohřívaný vzduch prochází vně trubek mezi přepážkami tlakové sekce výměníku. Uvnitř trubek jsou pro zvýšení koeficientu přestupu tepla umístěny nerezové turbulizátory, které roztáčejí proud spalin v trubce. Tím je prodloužena dráha spalin v trubkách a zvyšuje se tím tedy koeficient přestupu tepla mezi médii (spalinami a vzduchem) ve výměníku.

Trubkový výměník je dispozičně vřazen mezi spalovací turbínu a sací trakt $ chladičem oleje. Při takovém technickém řešení je vyřešen problém nedostatečné životnosti původního deskového výměníku tepla, neboť trubkový výměník se vyznačuje značnou odolností proti ztrátě těsnosti io vlivem vnitrní tepelné dilatace výměníku při startech turbíny a dlouhou životností. Garance na stoprocentní těsnost výměníku je možné u tohoto technického řešení poskytnout až na 7 let. Zároveň lze zachovat dispoziční uspořádání navazujícího zařízení turbosoustrojí, které při zachování umístění současného sacího traktu a olejových chladičů umožňuje napojení na potrubní systém uvnitř haly s minimálním počtem ohybů potrubí. Dále je možné využít plášť trubkového výměníku s výstupní spalinovou komorou pro napojení na výfukový trakt turbosoustrojí.

Ve výhodném provedení je trubkový výměník tepla uložen (v závislosti na místních podmínkách a dispozici stávajícího zařízení) na nosné konstrukci výměníku. Na trubkový výměník navazující spalinový a vzduchový potrubní systém je uspořádán vně haly s minimálním počtem ohybů a tepelné dilatace tohoto systému jsou kompenzovány vlnovcovými kompenzátory.

V jiném výhodném provedení je spalinový a vzduchový potrubní systém vně haly uspořádán na stávajícím rekonstruovaném potrubním mostu pri využití stávajících kotevních bodů. Napojení na potrubní systém spalin a vzduchu uvnitř haly s minimálním počtem ohybů umožní rekonstrukce nosných prvků potrubního mostu pri zachování základových kotvicích bodů a to novým řešením tepelných dilatací spalinového a vzduchového potrubního systému vlnovcovými kom25 penzátory. Uložení trubkového výměníku umožňuje s využitím jeho vlastního pláště s výstupní komorou nápojem na výfukový trakt turbosoustrojí,

V dalším výhodném provedení jsou konce turbulizátorů opatřeny usazovacími patkami.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále přiblíženo pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schematický pohled na instalované rekuperační zařízení podle technického řešení při pohledu shora a obr. 2 znázorňuje totéž rekuperační zařízení pri pohledu z boku, obr. 3 představuje pohled na rekuperátor, obr. 4 představuje pohled na vnitřní uspořádání tlakové sekce trubkových rekuperátorů z obr. 4, obr. 5 představuje příklad použitého tvaru turbulizátorů a obr. 6 představuje graf znázorňující vliv stupně regenerace na změnu termické účinnosti.

Příklad technického řešeni

Na obr. 1 je vidět při pohledu na zařízení shora, že zařízení sestává ze spalovací turbíny 1, sacího traktu 3, chladiče oleje 4, vnitrního spalinového a vzduchového potrubního systému 6 a vnějšího spalinového a vzduchového potrubního systému 7 s vlnovcovými kompenzátory H·

Na obr. 2 je při pohledu z boku vidět, že trubkový výměník 2 je usazen na nosné konstrukci 10 a prodloužení 5 pláště s výstupní komorou výměníku 2 je využito pro napojení na výfukový trakt turbosoustrojí. Dále jsou vidět nosné části stávajícího rekonstruovaného potrubního mostu 8 a stávající kotevní body 9 a také vlnovcové kompenzátory IT·

Výměník tepla 2 je proveden jako trubkový s vloženými turbulizátory 12 a je dispozičně vřazen mezi spalovací turbínu 1 a sací trakt 3 s chladičem oleje 4.

Tento výměník 2 je vidět v pohledu zvenčí na obr. 3 a obr. 4 představuje pohled na vnitřní uspořádání tlakové sekce v rekuperátorovém výměníku. Je zřejmé, že uvnitř je soustava trubek. Na obr. 3 je ve schematickém řezu vidět vnitřní uspořádání trubkového výměníku 2. Cyklový vzduch

-2CZ 20966 Ul vstupuje do výměníku potrubím 18 a spaliny vstupují vstupní komorou 15. Ve vnitřním prostoru tlakové sekce výměníku uvnitř pláště výměníku 2 prochází cyklový vzduch mezipotrubním prostorem 13 mezi přepážkami 14 a vystupuje výstupním potrubím 21, Spaliny procházejí tlakovou částí výměníku uvnitř trubek 16 s vloženými turbulizátory 12 a vystupují komorou 19 na druhém konci výměníku. Turbulizátory budou popsány níže. Kompenzace dilatace tlakové části je umožněna vlnovcovým kompenzátorem 20.

Na obr. 4 jsou pak v příčném řezu lépe vidět trubky 16 s turbulizátory 12 a je vidět, že výměník je usazen na nosných patkách 17.

Jak bylo zmíněno, v trubkách 16 jsou uspořádány turbulizátory 12. Turbulizátor 12 je vidět v io detailu na obr. 5. Je zřejmé, že se jedná o ocelový pásek, který má tvar vřetene. Díky těmto turbulizátorům 12 je prodloužena dráha spalin v trubkách a zvyšuje se tím tedy koeficient přestupu tepla mezi médii, tedy mezi spalinami a vzduchem ve výměníku. Na koncích turbulizátorů mohou být provedeny usazovací patky 12a pro jejich správné polohování v trubce 16.

Obr. 6 představuje graf znázorňující vliv stupně regenerace na změnu termické účinnosti.

Claims (5)

1. ís NÁROKY NA OCHRANU

   1. Rekuperační zařízení pro využití odpadního tepla vznikajícího při provozu turbosoustrojí sestávajícího ze spalovací turbíny, sacího traktu, chladičů oleje, vnitřního spalinového a vzduchového potrubního systému, vnějšího spalinového a vzduchového potrubního systému a výměníku tepla, vyznačující se tím, že výměník tepla (2) je proveden jako trubkový s vlo20 ženými turbulizátory (12) a je dispozičně vřazen mezi spalovací turbínu (1) a sací trakt (3) s chladičem oleje (4).
2. 2. Rekuperační zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že turbulizátory (12) mají tvar vřetene.
3. 3. Rekuperační zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubkový výměník 25 tepla (2) s vloženými turbulizátory (12) je uložen na nosné konstrukci (10), plášť výměníku s výstupní spalinovou komorou (5) je využit pro napojení na výfukový trakt turbosoustrojí a na trubkový výměník navazující spalinový a vzduchový potrubní systém (7) je uspořádán vně haly s minimálním počtem ohybů,
4. 4. Rekuperační zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že spalinový a vzdu30 chový potrubní systém (7) je uspořádán na rekonstruovaném stávajícím potrubním mostu (8) při využití stávajících kotevních bodů (9) a jeho teplotní dilatace jsou kompenzovány vlnovcovými kompenzátory (11).
5. 5. Rekuperační zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že konce turbulizátorů (12) jsou opatřeny usazovacími patkami (12a).