CZ291069B6

CZ291069B6 - Regenerační výměník tepla

Info

Publication number: CZ291069B6
Application number: CZ19931864A
Authority: CZ
Inventors: Gerhard Dipl. Ing. Kritzler; Siegfried Dipl. Ing. Schlüter
Original assignee: Apparatebau Rothemühle Brandt & Kritzler Gesellsch
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 2002-12-11
Also published as: MX9305497A; EP0588185A1; ZA936296B; UA35561C2; DK0588185T3; JPH0712477A; DE59307922D1; HU9302529D0; HUT65211A; PL300234A1; EP0588185B1; PL56220Y1; ATE161942T1; AU4463193A; DE4230133A1; AU667385B2; BR9303726A; CZ186493A3; ES2113457T3; RU2119127C1

Abstract

Regenera n v²m n k (1, 100, 200) tepla s ob haj c m rotorem (3), obsahuj c m radi ln i axi ln ut sn n komory (4) ukl dac hmoty, m sk° (12), obvodov obklopuj c rotor (3), vytvo°enou s ut sn n²mi obvodov²mi komorami (13; 13a, 13b). V²m n kem (1, 100, 200) tepla prot k hork² odpadn plyn (5) a v protiproudu studen² ist² plyn nebo vzduch (6). Rotor (3) m studenou eln stranu (8) a horkou eln stranu (7). Obvodov komory (13, 13a, 13b) jsou oproti rotoru (3) ut sn ny pomoc stacion rn ch, ploch²ch, prstencov²ch obvodov²ch t sn n (9), uspo° dan²ch na studen eln stran (8) a hork eln stran (7) na vn j m obvodu rotoru (3). Radi ln mezi teplosm nn²mi m dii po obou stran ch rotoru (3) jsou uspo° d na ploch radi ln t sn n (16), p°emos uj c vnit°n pr m r obvodov²ch t sn n (9). Obvodov t sn n (9) a radi ln t sn n (16) tvo° t snic plochu, le c v jedn spole n rovin a na sty n²ch m stech prob haj c bez mezer a jsou tak elasticky p°itla ena na rotor (3).\

Description

Vynález se týká regeneračního výměníku tepla s obíhajícím rotorem, obsahujícím radiálně i axiálně utěsněné komory ukládací hmoty, přičemž je skříň, obvodově obklopující rotor, vytvořena s utěsněnými obvodovými komorami a výměníkem tepla protéká horký odpadní plyn a v protiproudu studený čistý plyn nebo vzduch, přičemž rotor má studenou a horkou čelní stranu. Regenerační výměník tepla lze použít jak pro vzduchový předehřívač (Luftvorwarmer Luvos), tak i pro plynový předehřívač (Gasvorwármer Gavos).

Dosavadní stav techniky

U vytápěcích zařízení elektráren a průmyslových objektů se odpadní plyny využívají v regeneračním výměníku tepla k předehřívání spalovacího vzduchu. Při tomto procesu mohou být například oxidy dusíku (NOx) obsažené v odpadním plynu v široké míře omezeny tím, že v tomto případě ukládací hmoty regeneračního předehřívače vzduchu jsou zcela nebo částečně vytvořeny jako katalyticky účinné prvky a především se jako redukční činidlo přidá čpavek. Zpravidla je odpadní plyn obsahující oxidy dusíku kouřový plyn vytápěcího zařízení, který na konci vyvíječe páry protéká regeneračním výměníkem tepla pro předehřívání spalovacího vzduchu.

Regenerační výměník tepla úvodem uvedeného druhu byl zveřejněn spisem FR-A-1447 765. Pro utěsnění obvodových komor jsou vněm ktěsnicím kroužkům za sebe zařazeny četné těsnicí bloky . Pro pružné zavěšení těsnicích bloků jsou nezbytná pouzdra tvaru U, přesahující tyto těsnicí bloky, v nichž jsou těsnicí bloky připevněny ve vzpřímené poloze pomocí čepu, tyto těsnicí plochy přiléhají svými úzkými plochami na rotor a pro zvýšení utěsnění je nezbytné zapracovat do těchto úzkých ploch jakési labyrintové těsnění, vytvořené ve tvaru žlábků nebo popř. drážek. Náklady na výrobu a montáž tohoto utěsnění jsou mimořádně vysoké, aniž by přitom bylo dosaženo potřebného stupně těsnosti.

Dosavadnímu stavu techniky dále odpovídá (viz prospekt Regenerativ-Wármetáuscher firmy Lugat a. s. pro techniku vzduchu a plynů. Basilej), že u regeneračních výměníků tepla s obíhajícími ukládacími hmotami jsou rotorové komory popřípadě komory ukládací hmoty jak v radiálním tak i v obvodovém směru utěsněny, aby přestup z jednoho média do druhého, to znamená ze surového ply nu do čistého plynu byl zamezen. U těsnění rotorů s otáčivými horkými plochami se tudíž používají pružící pásy plechu. Tyto jsou upevněny na všech radiálních stěnách ajsou nastaveny tak, že brousí přes radiální nosníky skříně výměníku tepla. Kromě toho jsou pásy plechu v obvodové, oblasti obou čelních stran rotoru, které rovněž brousicím stykem přiléhají ke skříni rotoru. Média protékající výměníkem tepla jsou navzájem oddělena radiálními těsněními a obvodovými těsněními je možné zamezit zvláště boční proudění.

U zařízení pro čištění odpadních plynů popřípadě snížení obsahu škodlivých plynů jsou v současnosti požadavky na jednotlivé složky velmi vysoké. Tak například u výměníku tepla, ktefy v zařízení pro spalování odpadků předehřívá odpadní plyn pro katalytické čištění na potřebnou reakční teplotu, se žádá hodnota úniku značně nižší než 0,3 % obj. pro zamezení emise dioxinu a furanu. Přitom se ukázalo, že u známých pružících systémů těsnění u regeneračního výměníku tepla s obíhajícími ukládacími hmotami nemůže být takový požadavek splněn.

Vynález je tudíž založen na úkolu vytvořit zařízení, které by u regeneračního výměníku tepla úvodem uvedeného druhu umožnilo vysoký stupeň těsnosti a v co nej širší míře odstranilo úniky.

-1 CZ 291069 B6

Podstata vynálezu

Tento úkol je podle vynálezu řešen tím, že obvodové komory jsou oproti rotoru utěsněny pomocí stacionárních, plochých, prstencových obvodových těsnění, uspořádaných na studené a horké čelní straně na vnějším obvodu rotoru, a že jsou radiálně mezi teplosměnnými médii po obou stranách rotoru uspořádána plochá radiální těsnění, přemosťující vnitřní průměr obvodových těsnění, přičemž obvodová a radiální těsnění tvoří těsnicí plochu, ležící v jedné společné rovině a na styčných místech probíhající bez mezer, a jsou také elasticky přitlačena na rotor. Tímto 10 způsobem utěsnění rotoru se zamezí přímému přestupu média s vyšším tlakem k médiu s nižším tlakem; úniky štěrbinami se ponejvíce zprvu nahromadí ve skříni výměníku tepla a teprve potom odtud proudí přes nejbližší těsnění do oblastí s nižšími tlaky. Proudící média jsou na každé čelní straně rotoru navzájem úplně utěsněna a ve výměníku tepla jsou v radiálním směru na všech místech dvojitá těsnění. Těsnění jsou na rozdíl od známých těsnění vytvořena jako axiálně 15 dosedající široké těsnicí lišty, které se bez problémů přizpůsobí tepelnému roztahování rotoru způsobenému provozními podmínkami. V závislosti na příslušném provozním stavu se nastavují přes zařízení s čidly, jak známo, plně samočinně.

Jedno vytvoření vynálezu navrhuje, aby byly obvodové komory rozděleny, tzn. v případě regene20 račního výměníku tepla s vertikální osou otáčení na horní a dolní komoru, resp. v případě regeneračního výměníku tepla s horizontální osou otáčení na zadní a přední komoru. V oblasti obou komor jsou pro rozdělení kolem rotoru uložena válcová těsnění. Rozdělené obvodové komory umožňují výhodný způsob provozu regeneračního výměníku tepla, při kterém cíleně a přiměřeně tlakovým poměrům daným místně ve výměníku tepla může být na jednotlivých těsnicích místech 25 prováděno odsávání, uzavírání, vyfukování nebo vysávání. Takový způsob provozu je ovšem možný i při nerozdělených obvodových komorách.

Radiálně dosažená dvojitá těsnění podle vynálezu umožňují výhodným způsobem k uzavíracím komorám připojit buď odsávání, například ventilátor, nebo potrubí uzavíracího plynu, a tím vyví30 jet buď podtlak nebo přetlak, nebo připojit k radiálním komorám přívodní potrubí proplachovacího plynu. To dává možnost v regeneračních výměnících tepla jednoduchým způsobem částečně nebo úplně potlačit úniky štěrbinami, například odsáváním nebo přiváděním uzavíracího plynu. Kromě toho mohou být přes příslušné radiální rozsahy vyfukováním minimalizovány ztráty otěrem. Nakonec se každým proplachovacím pochodem přídavně dosáhne toho, že každá komora 35 ukládací hmoty přicházející ze sektoru surového plynu způsobujícího nános škodlivých látek před vstupem do sektoru čistého plynu v oblasti radiálního dvojitého těsnění se propláchne čistým plynem.

Všechna těsnění rotoru je možné přiměřeně k provozním poměrům mechanickými zařízeními 40 těsně uložit na čelní plochy rotoru. Nastavení se mohou provádět ručně nebo také samočinně.

Přitom se mohou pevně nastavit větší oblasti obvodových těsnění, jejichž úhlová míra odpovídá délce oblouku nejméně dvou komor ukládací hmoty, z jednotlivých ovládacích bodů. K ovládání se mohou použít páky, které sahají z ovládacích bodů k jednotlivým spojovacím místům na těsněních. Počet ovládacích zařízení je možno tímto způsobem zmenšit. Aby ovládací a přítlačné 45 síly těsnění byly co nejmenší, vyrovnávají se váhy těsnicích desek popřípadě těsnicích prstenů protizávažími přes stávající pákové tyčové soustavy. Oproti nastavovacím pružinám mají protizávaží výhodu v tom, že reakční síly zůstávají stejné i při rozdílných polohách míst utěsnění.

- 2 CZ 291069 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr. 1 znázorňuje schematický příčný řez regeneračním výměníkem tepla podle vynálezu s obíhajícími ukládacími hmotami, obr. 2 znázorňuje řez regeneračním výměníkem tepla podle čáry II-II na obr. 1, obr. 3 znázorňuje v částečném řezu nárys regeneračního výměníku tepla podle vynálezu s připojeným odsáváním úniku a obr. 4 znázorňuje v částečném řezu nárys regeneračního výměníku tepla podle vynálezu s připojeným přívodem uzavíracího plynu.

Příklady provedení vynálezu

Regenerační výměník 1 tepla podle obr. 1 má rotor 3 otáčející se kolem osy 2 otáčení a mající množství komor 4 ukládací hmoty, viz obr. 2. Regeneračním výměníkem 1 tepla proudí ve směru šipky, to znamená shora dolů, horký odpadní plyn 5 přiváděný kanálem z neznázoměného vyvíječe páry, zatímco v protiproudu ve směru šipky se do komor 4 ukládací hmoty ohřátých odpadním plynem přivádí čistý plyn nebo vzduch 6. Čistý plyn nebo vzduch ochlazuje komory 4 ukládací hmoty a vytéká nahoře, to znamená na horké čelní straně 7 z výměníku 1 tepla.

Na horké čelní straně 7 i na studené čelní straně 8 jsou na rotoru 3 na jeho vnějším obvodu uložena prstencovitá obvodová těsnění 9, která jsou rozdělena na segmenty a mají délku oblouku H, která odpovídá násobku délky oblouku jedné komory 4 ukládací hmoty, viz obr. 2. V příkladu provedení vynálezu znázorněném na obr. 2 sestávají obvodová těsnění 9 ze čtyř čtvrtkruhových prstenců, které k sobě v místech styku těsně přiléhají. Obvodová těsnění 9 tvoří v oblasti mezi skříní 12 axiálně obklopující rotor 3 a tímto rotorem 3 uzavírací komory resp. obvodové komory 13.

Dále jsou v oddělovacích pásmech 14, navzájem oddělujících oba proudy médií (5 resp. 6), vytvořeny radiální komory 15. viz obr. 1, přičemž jsou v těchto pásmech nahoře i dole na rotoru 3 uložena radiální těsnění 16. Radiální těsnění 16 jsou vytvořena v podstatě ve tvaru pásu s rozbíhavými konci a mají takové rozměry, že úplně zakrývají jednu komoru 4 ukládací hmoty. Takto jsou obě média (5 resp. 6), protékající regeneračním výměníkem 1 tepla, v protiproudu na každé čelní straně rotoru 3, to znamená na horké čelní straně 7 a na studené čelní straně 8 od sebe úplně těsně oddělena. Ve výměníku 1 tepla jsou tudíž v radiálním rozsahu rotoru 3 vytvořena dvojitá těsnění. Radiální těsnění 16 mají takové rozměry, že - při přemostění průměru obvodových těsnění 9 - dosedají na obvodová těsnění 9. Všechny těsnicí plochy vytvořené z obvodových těsnění 9 a z radiálních těsnění 16 leží v jedné rovině, to znamená, že mezi nimi není žádné přesazení. Kromě toho v nich nejsou žádné otvory od poháněčích ani jiných ovládacích prvků.

Obvodová těsnění 9 a radiální těsnění 16 jsou pružně přitlačena k rotoru 3. Pro tento účel jsou pro obvodová těsnění 9 na horké čelní straně 7 popřípadě na studené čelní straně 8 rotoru 3 vytvořeny četné ovládací body 17 pro ruční nebo plně samočinný provoz. Vždy každé větší oblasti obvodových těsnění 9 je přiřazen jeden ovládací bod 17. ze kterého vycházejí k těsněním páky 18. Tím je umožněno ovládat z malého počtu ovládacích bodů 17 všechna obvodová těsnění 9, jak je to nutné. Pro přitlačení radiálních těsnění 16 jsou na uzavřených radiálních komorách 15 vytvořených v oddělovacích pásmech 14 uspořádány nastavovací pružiny 19, viz obr. 1.

-3CZ 291069 B6

V regeneračním výměníku 1 tepla znázorněném na obr. 1 jsou obvodové komory 13 prstencovitým těsněním 21 uloženým kolem pláště rotoru 3 rozděleny na horní obvodovou komoru 13a a spodní obvodovou komoru 13b. K horní obvodové komoře 13a je připojen přívod 22 pro horní 5 odsávání popřípadě odtlačování a ke spodní obvodové komoře 13b je připojen přívod 23 pro spodní odsávání popřípadě odtlačování. Přívody 22, 23 slouží k omezení popřípadě k zamezení úniku. Obvodové komory 13 popřípadě 13a, 13b radiální komory 15 je totiž možno společně nebo odděleně přes oddělený ventilátor odsávat a tím udržovat na podtlaku, nebo obráceně zásobovat uzavíracím nebo proplachovacím plynem a uvést v přetlak.

U provedení regeneračního výměníku 100 tepla podle obr. 3 je podrobněji znázorněno odsávání úniku pro soustavu uzavírací komory a soustavu těsnění. Sestává z potrubních přípojek 24, 25, přes které neznázoměný ventilátor odsává ve směru šipky 26 úniky z obvodové komory 13, která v tomto případě není rozdělena, a ze spodní radiální komory 15.

Regenerační výměník 200 tepla znázorněný na obr. 4 se liší od provedení podle obr. 3 v podstatě pouze tím, že přes potrubní přípojky 24 popřípadě přípojky 25 se do obvodové komory 13 popřípadě do radiální komory 15 přivádí v opačném směru, to znamená podle šipek 27, uzavírací plyn popřípadě proplachovací plyn. Kromě toho je ještě k horní radiální komoře 15 připojeno 20 potrubí 28, přes které může přiváděný uzavírací plyn popřípadě proplachovací plyn po průtoku soustavou uzavírací komory a soustavou těsnění opět vystoupit ven.

Claims

1. Regenerační výměník (1, 100, 200) tepla s obíhajícím rotorem (3), obsahujícím radiálně

30 i axiálně utěsněné komory (4) ukládací hmoty, přičemž skříň (12), obvodově obklopující rotor (3), je vytvořena s utěsněnými obvodovými komorami (13, 13a, 13b) a výměníkem (1, 100, 200) tepla protéká horký odpadní plyn (5) a v protiproudu studený čistý plyn nebo vzduch (6), přičemž rotor (3) má studenou čelní stranu (8) a horkou čelní stranu (7), vyznačující se tí m , že obvodové komory (13, 13a, 13b) jsou oproti rotoru (3) utěsněny pomocí stacionárních,

35 plochých, prstencových obvodových těsnění (9), uspořádaných na studené čelní straně (8) a horké čelní straně (7) na vnějším obvodu rotoru (3), a že jsou radiálně mezi teplosměnnými médii po obou stranách rotoru (3) uspořádána plochá radiální těsnění (16), přemosťující vnitřní průměr obvodových těsnění (9), přičemž obvodová těsnění (9) a radiální těsnění (16) tvoří těsnicí plochu, ležící v jedné společné rovině a na styčných místech probíhající bez mezer, a jsou také

40 elasticky přitlačena na rotor (3).

2. Regenerační výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že obvodová těsnění (9) jsou vytvořena jako těsnicí lišty o velikosti odpovídající úhlové míře alespoň dvou komor (4) ukládací hmoty.

3. Regenerační výměník tepla podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že radiální těsnění (16), uspořádaná po obou stranách rotoru (3) v oddělovacích pásmech (14), zcela zakrývají vždy alespoň jednu komoru (

4) ukládací hmoty.

50 4. Regenerační výměník tepla podle jednoho nebo více z nároků 1 až 3, vyznačující se t í m , že obvodové komory (13, 13a, 13b) jsou rozděleny na zadní popřípadě horní obvodovou komoru (13a) a přední popřípadě spodní obvodovou komoru (13b).

-4CZ 291069 B6

5. Regenerační výměník tepla podle nároku 4, vyznačující se tím, že mezi oběma obvodovými komorami (13a, 13b) je na plášti rotoru (3) uloženo těsnění (21).

6. Regenerační výměník tepla podle jednoho nebo více z nároků 1 až 5, vyznačující se t í m , že k obvodovým komorám (13, 13a, 13b) je připojeno odsávání.

7. Regenerační výměník tepla podle jednoho nebo více z nároků 1 až 6, vyznačující se t í m , že k obvodovým komorám (13,13a, 13b) je připojen přívod uzavíracího plynu.

8. Regenerační výměník tepla podle jednoho nebo více z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že v oddělovacích pásmech (14) jsou mezi odpadním plynem a vzduchem vytvořeny radiální komory (15), k nimž je připojeno přívodní potrubí proplachovacího plynu.

9. Regenerační výměník tepla podle nároku 4, vyznačující se tím, že je na příslušných těsnicích částech horní obvodové komory (13a) a dolní obvodové komory (13b) upravený pro odsávání, uzavírání, vyfukování nebo vysávání v závislosti na tlakových poměrech daných ve výměníku (1,100,200) tepla.