CZ36970U1

CZ36970U1 - Controllable flue gas recuperator

Info

Publication number: CZ36970U1
Application number: CZ2023-40766U
Authority: CZ
Inventors: Zbyněk Koníček
Original assignee: RECUTHERM s.r.o
Priority date: 2023-03-01
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2023-04-04

Description

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

Dosavadní stav techniky je charakteristický tím, že do cesty horkých spalin produkovaných například lakovací linkou a směřujících do ovzduší je nainstalován výměník, kterým tyto spaliny procházejí a odevzdávají mu část tepla, které je přes tento výměník využíváno například pro ohřev užitkové vody. Hlavní a nejčastější nevýhodou tohoto řešení je, že veškeré spaliny procházejí tímto výměníkem, což při jeho odstávce způsobuje zpravidla i zablokování odvodu spalin a tím i odstávku celého zařízení, které spaliny jako vedlejší a nežádoucí výstup produkuje. Rovněž nelze regulovat množství rekuperovaných spalin a tím ani množství sdíleného tepla.The current state of the art is characterized by the fact that an exchanger is installed in the path of hot flue gases produced, for example, by a paint line and directed into the air, through which these flue gases pass and transfer part of the heat to it, which is used through this exchanger, for example, to heat utility water. The main and most common disadvantage of this solution is that all flue gases pass through this exchanger, which, when it is shut down, usually causes the flue gas outlet to be blocked and thus the entire device, which produces flue gas as a secondary and unwanted output, also stops. It is also not possible to regulate the amount of recovered flue gas and thus the amount of shared heat.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Řiditelný rekuperátor spalin (dále jen “rekuperátor”) odstraňuje nevýhody stávajících řešení rekuperace spalin a slouží k získání energie, která se následně akumuluje v podobě ohřáté vody v akumulační nádrži, ze které může být ve formě užitkové vody odebírána pro další účely. Zdrojem energie je odpadní teplo z průmyslové vzduchotechniky, například z průběžné lakovací linky. Rekuperátor odebírá nebo přesměruje odpadní horké spaliny či zplodiny z hlavního spalinového potrubí do obtokového potrubí, jehož součástí je rekuperační jednotka obsahující filtrační výměník s aktivním čistitelným filtrem a lamelový výměník tepla, jimiž za pomoci ventilátoru připojeného k rekuperační jednotce, proudí horké spaliny, které po vyčištění ve filtračním výměníku vstupují do lamelového výměníku, který je přívodním vodním a odtokovým vodním potrubím napojen na akumulační nádrž s vnitřním výměníkem. Rekuperace odebírá nebo přesměruje odpadní vzduch/spaliny z hlavního spalinového potrubí, za pomocí ventilátoru, do obou výměníků a předává teplo z odpadních spalin do vody, která je vedena do vnitřního výměníku v akumulační nádrži, kde se ohřívá užitková voda k dalšímu použití. Ochlazené spaliny, které prošly rekuperační jednotkou, se vracejí zpět do hlavního spalinového potrubí, jež má vyústění většinou nad střechou haly. Proces je zcela automatický, o řízení se stará program v řídící jednotce napojené na rekuperátor. V důsledku bezpečného připojení rekuperátoru na hlavní spalinové potrubí, prostřednictvím obtokového potrubí - bypassu, lze rekuperační jednotku využít ve většině případů, a to s minimální odstávkou v provozu. Optimalizovaný, bezpečný a zcela autonomní chod rekuperace zajišťuje sestava čidel, třícestný ventil, radiální ventilátor, oběhové čerpadlo a řídicí systém stavěný na automatizačních systémech Simatic. Jedná se o dva na sobě nezávislé řízené okruhy - okruh vzduch a okruh voda.The controllable flue gas recuperator (hereinafter referred to as the "recuperator") eliminates the disadvantages of existing flue gas recovery solutions and serves to obtain energy, which is subsequently accumulated in the form of heated water in a storage tank, from which it can be taken in the form of utility water for other purposes. The energy source is waste heat from industrial air conditioning, for example from a continuous painting line. The recuperator removes or redirects waste hot flue gas or flue gases from the main flue gas pipe into the bypass pipe, which includes a recuperation unit containing a filter exchanger with an active cleanable filter and a lamellar heat exchanger, through which, with the help of a fan connected to the recuperation unit, hot flue gases flow, which after cleaning in the filter exchanger, they enter the lamellar exchanger, which is connected to the storage tank with the internal exchanger through the water inlet and outlet water pipes. The recovery takes or redirects the waste air/flue gas from the main flue pipe, with the help of a fan, to both heat exchangers and transfers the heat from the waste flue gas to the water, which is led to the internal heat exchanger in the storage tank, where the service water is heated for further use. The cooled flue gases that have passed through the recuperation unit return to the main flue gas pipe, which usually exits above the roof of the hall. The process is completely automatic, the control is handled by a program in the control unit connected to the recuperator. As a result of the safe connection of the recuperator to the main flue pipe, through the bypass pipe, the recuperation unit can be used in most cases, with minimal downtime in operation. An assembly of sensors, a three-way valve, a radial fan, a circulation pump and a control system built on Simatic automation systems ensure optimized, safe and completely autonomous recovery operation. These are two independently controlled circuits - the air circuit and the water circuit.

Rekuperátor je sestavený z obtokového potrubí a z rekuperační jednotky, která obsahuje dva výměníky tepla, a to celo měděný aktivní čistitelný drátěný filtrační výměník a vysoce účinný lamelový výměník. Součástí rekuperátoru je také radiální ventilátor a řídicí systém, díky němuž je rekuperátor schopen okamžitě reagovat na provozní změny v technologii (teplota a množství spalin) a na množství teplé vody v akumulační nádrži.The recuperator is assembled from a bypass pipe and a recuperation unit, which contains two heat exchangers, namely an all-copper active cleanable wire filter exchanger and a highly efficient lamellar exchanger. The recuperator also includes a radial fan and a control system, thanks to which the recuperator is able to immediately respond to operational changes in technology (temperature and amount of flue gas) and to the amount of hot water in the storage tank.

Turbulentní proudění spalin přes filtrační výměník zajišťuje filtraci prachových částic obsažených ve spalinách. Regulace se dle množství a teploty spalin nastaví tak, aby nedocházelo k jejich kondenzaci na výměnících. Velkou výhodou tohoto řešení je, že množství spalin vstupujících do rekuperátoru je možno regulovat, což umožnuje optimalizovat množství sdíleného tepla ze spalin.The turbulent flow of flue gas through the filter exchanger ensures the filtration of dust particles contained in the flue gas. The regulation is set according to the amount and temperature of the flue gas so that they do not condense on the heat exchangers. The great advantage of this solution is that the amount of flue gas entering the recuperator can be regulated, which enables the amount of shared heat from the flue gas to be optimized.

- 1 CZ 36970 U1- 1 CZ 36970 U1

Množství spalin, které proudí přes výměníky, záleží na otáčkách radiálního ventilátoru, který je ovládán řídícím systémem. Rovněž odstávka rekuperátoru, například z důvodů jeho oprav nebo údržby nijak neomezuje chod zařízení, které spaliny produkuje.The amount of flue gas that flows through the exchangers depends on the speed of the radial fan, which is controlled by the control system. Shutdown of the recuperator, for example due to its repairs or maintenance, does not in any way limit the operation of the equipment that produces the flue gas.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Obr. 1 - axonometrické znázornění řiditelného rekuperátoru spalin napojeného prostřednictvím obtokového potrubí na hlavní spalinové potrubí; aGiant. 1 - axonometric representation of a controllable flue gas recuperator connected via a bypass pipe to the main flue gas pipe; and

Obr. 2 - půdorys rekuperátoru spalin s potrubními rozvody.Giant. 2 - floor plan of the flue gas recuperator with piping.

Příklad uskutečnění technického řešeníAn example of the implementation of a technical solution

Řiditelný rekuperátor spalin pro řízené využití tepla z horkých průmyslových spalin (viz obr. 1) sestává ze dvou nezávislých okruhů, a to z okruhu spalinového, tvořeného obtokovým potrubím 2 a z vodního okruhu 16 tvořeného potrubími 7 a 9 a akumulačním výměníkem 8, přičemž oba okruhy prochází rekuperační jednotkou 3 s výměníky 4 a 5. Rekuperátor je charakteristický tím, že do hlavního spalinového potrubí 1, které odvádí spaliny od jejich zdroje do ovzduší, je zaústěno a pevně připojeno obtokové potrubí 2 s ventilátorem 6 a s rekuperační jednotku 3 se dvěma sériově propojenými výměníky, a to s filtračním výměníkem 4 a s lamelovým výměníkem 5, přičemž filtrační výměník 4 rekuperační jednotky 3 je napojen na přívodní potrubí 7 do vnitřního výměníku 8 umístěného v akumulační nádrži 10, zatímco lamelový výměník 5 rekuperační jednotky 3 je napojen na odtokové potrubí 9 z vnitřního výměníku 8 v akumulační nádrži 10. Odtokové potrubí 9 je přes trojcestný ventil 14 a oběhové čerpadlo 13 propojeno s přívodním potrubím 7. Filtrační výměník 4, tvořený soustavou celo měděných drátěných šroubovic 11, je doplněn neznázorněným oplachovacím rámem pro aktivní čištění drátěných šroubovic 11 od prachových částic obsažených ve spalinách. Rekuperační jednotka 3 je celá zabudována do celokovového krytu 12 vybaveného čistícím otvorem s odnímatelnou záslepkou.The controllable flue gas recuperator for the controlled use of heat from hot industrial flue gas (see Fig. 1) consists of two independent circuits, namely the flue gas circuit formed by the bypass pipe 2 and the water circuit 16 formed by pipes 7 and 9 and the storage exchanger 8, while both circuits passes through the recuperation unit 3 with exchangers 4 and 5. The recuperator is characterized by the fact that a bypass pipe 2 with a fan 6 and a recuperation unit 3 with two series-connected exchangers, with a filter exchanger 4 and a lamellar exchanger 5, while the filter exchanger 4 of the recovery unit 3 is connected to the supply pipe 7 to the internal exchanger 8 located in the storage tank 10, while the lamellar exchanger 5 of the recovery unit 3 is connected to the drain pipe 9 from of the internal exchanger 8 in the storage tank 10. The drain pipe 9 is connected to the inlet pipe 7 via the three-way valve 14 and the circulation pump 13. The filter exchanger 4, formed by a system of all-copper wire helices 11, is supplemented by a rinsing frame (not shown) for active cleaning of the wire helices 11 from dust particles contained in flue gas. The recuperation unit 3 is completely built into an all-metal cover 12 equipped with a cleaning hole with a removable cover.

Funkce rekuperátoru je následující: Optimalizovaný, bezpečný a zcela autonomní chod rekuperace pro technologii zajišťuje sestava čidel, trojcestný ventil 14, ventilátor 6, oběhové čerpadlo 13 a řídicí systém 17.The function of the recuperator is as follows: Optimized, safe and completely autonomous operation of the recuperation for the technology is ensured by the assembly of sensors, three-way valve 14, fan 6, circulation pump 13 and control system 17.

Rekuperace (viz obr. 2) odebírá nebo přesměruje odpadní vzduch/spaliny z hlavního spalinového potrubí 1, za pomocí ventilátoru 6, do obtokového potrubí 2 ve kterém je zabudována rekuperační jednotka 3 s rekuperačními výměníky 4 a 5. Spaliny nasáté ventilátorem 6 do obtokového potrubí 2 a do rekuperační jednotky 3 nejprve prochází filtračním výměníkem 4, kterému předávají část tepla a současně jsou zbavovány pevných částic. Voda ohřátá filtračním výměníkem 4 je odváděna přívodním potrubím 7 do vnitřního výměníku 8 v akumulační nádrži 10. Zde ohřívá užitkovou vodu, která je z akumulační nádrže 10 dle potřeby odebírána neznázorněným potrubím. Ochlazená voda je z vnitřního výměníku 8 odváděna odtokovým potrubím 9, přes trojcestný ventil 14 do lamelového výměníku 5. V něm je předehřívána a propojkou 15 odvedena do filtračního výměníku 4 k dalšímu ohřevu. Ohřátou vodu lze odebírat pro užitkové účely i přímo přívodním potrubím 7, aniž by prošla vnitřním výměníkem 8, a to vhodným nastavením trojcestného ventilu 14. Ochlazené spaliny se přes ventilátor 6 vracejí do hlavního spalinového potrubí 1 a následně nad střechou haly jsou vyfukovány do ovzduší. Filtrační výměník 4 je postupně zanášen pevnými částicemi spalin a je proto nutné soustavu celo měděných drátěných šroubovic 11 nánosů zbavovat. To se děje buď tlakovou vodou z oplachovacího rámu, nebo ručně mechanickým způsobem.The recovery (see Fig. 2) takes or redirects the waste air/flue gas from the main flue gas pipe 1, with the help of the fan 6, into the bypass pipe 2 in which the recovery unit 3 with the recovery exchangers 4 and 5 is built in. The flue gas sucked by the fan 6 into the bypass pipe 2 and into the recuperation unit 3 first passes through the filter exchanger 4, to which they transfer part of the heat and at the same time are freed of solid particles. The water heated by the filter exchanger 4 is drained through the supply pipe 7 to the internal exchanger 8 in the storage tank 10. Here it heats the utility water, which is taken from the storage tank 10 as needed through a pipe not shown. The cooled water is drained from the internal heat exchanger 8 through the drain pipe 9, through the three-way valve 14 into the lamellar heat exchanger 5. It is preheated there and through the jumper 15 it is fed to the filter heat exchanger 4 for further heating. Heated water can also be taken for utility purposes directly through the supply pipe 7, without passing through the internal heat exchanger 8, by appropriately setting the three-way valve 14. The cooled flue gas returns to the main flue pipe 1 via the fan 6 and is subsequently blown into the air over the roof of the hall. The filter exchanger 4 is gradually clogged with solid particles of flue gas and it is therefore necessary to remove deposits from the system of all copper wire helices 11. This is done either by pressurized water from the flush frame or manually by mechanical means.

- 2 CZ 36970 U1- 2 CZ 36970 U1

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Řiditelný rekuperátor spalin je vhodný pro řízené využití tepla z horkých odpadních spalin v průmyslových provozech.The controllable flue gas recuperator is suitable for the controlled use of heat from hot waste flue gas in industrial operations.

Claims

PROTECTION CLAIMS

1. A controllable flue gas recuperator for the controlled use of heat from hot industrial flue gas, characterized by the fact that a bypass pipe (2) with a fan (6) is connected to the main flue gas pipe (1), which diverts the flue gas from its source to the air, and is firmly connected ) and with a recuperation unit (3) with two series-connected exchangers, namely with a filter exchanger (4) and with a lamellar exchanger (5), while the filter exchanger (4) of the recuperation unit (3) is connected to the supply pipe (7) to the internal exchanger (8) located in the storage tank (10), while the lamellar heat exchanger (5) of the recovery unit (3) is connected to the drain pipe (9) from the internal heat exchanger (8) located in the storage tank (10).

2. Controllable flue gas recuperator according to claim 1, characterized in that the filter exchanger (4) is connected to the lamellar exchanger (5) by a jumper (15), which is part of the water circuit (16) of the recuperator.

3. Controllable flue gas recuperator according to claim 1, characterized in that the filter exchanger (4), formed by a system of all-copper wire helices (11), is supplemented with a rinsing frame for active cleaning of the wire helices (11) from dust particles contained in the flue gas.

4. Controllable flue gas recuperator according to claim 1, characterized in that the recuperation unit (3) is completely built into an all-metal cover (12) equipped with a cleaning hole with a removable cover.