RU2006738C1

RU2006738C1 - Heat recovery unit

Info

Publication number: RU2006738C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Капишников
Original assignee: Капишников Александр Петрович
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: exhaust gases enter flue 3 through gas distributing device 4. Then gases are directed to rows of heat exchange elements 8 via passage formed by partitions 5. On surfaces of these heat exchange elements water vapor is condensed from flue gases. Besides that, volume condensation takes place because velocity in narrowing passages rises and pressure of flow drops. Condensate thus formed flows over inclined partitions 5, chutes 10 and drain branch pipes 9 to condensate receiver 1. Gas heat exchanger 13 is connected to flue gas source owing to which gases are additionally dried before entering smoke stack 15. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к котельной технике, связанной с утилизацией теплоты отходящих газов. The invention relates to a boiler equipment associated with the utilization of the heat of the exhaust gases.

Известно устройство утилизации тепла отходящих газов, состоящее из нескольких параллельно включенных теплообменников, нижняя часть которых предназначена для сбора и отстоя конденсата, а верхняя - для удаления отходящих газов и подвода промежуточной жидкой среды в оросительное устройство, а также из дымососа и дымовой трубы. A device for heat recovery of exhaust gases is known, consisting of several heat exchangers connected in parallel, the lower part of which is designed to collect and settle condensate, and the upper one is used to remove exhaust gases and supply an intermediate liquid medium to the irrigation device, as well as from a smoke exhauster and chimney.

Известна установка утилизации тепла продуктов сгорания, содержащая газоход с последовательно установленными в нем по ходу газов испарителем, совмещенным с оросителем, конденсатором и доохладителем, дополнительно соединенным с дымовой трубой. A known installation of heat recovery of combustion products, containing a flue with sequentially installed in it along the gas evaporator, combined with a sprinkler, condenser and aftercooler, additionally connected to the chimney.

Известна теплоутилизационная установка, которая включает контактный теплообменник, компрессор, напорный экономайзер, конденсационный теплообменник, влагосборник, сепаратор и турбодетандер (прототип). Known heat recovery installation, which includes a contact heat exchanger, compressor, pressure economizer, condensing heat exchanger, moisture collector, separator and turboexpander (prototype).

Уходящие дымовые газы в этой установке попадают в контактный теплообменник, где они охлаждаются при непосредственном контакте с орошаемой водой. Охлажденные газы сжимаются в компрессоре и охлаждаются в напорном экономайзере с утилизацией их тепла. В греющем тракте конденсационного теплообменника газы доохлаждаются с выделением капельной влаги, которая дополнительно выделяется в сепараторе. В турбодетандере происходит расширение газов с выработкой полезной мощности. Расширение газов в турбодетандере сопровождается их охлаждением. Далее газы нагреваются в теплообменнике и удаляются дымовую трубу. Выделенный из продуктов сгорания конденсат направляется в контактный теплообменник. The flue gases in this unit enter the contact heat exchanger, where they are cooled by direct contact with irrigated water. Cooled gases are compressed in a compressor and cooled in a pressure economizer with the utilization of their heat. In the heating path of the condensing heat exchanger, the gases are cooled down with the release of droplet moisture, which is additionally released in the separator. In a turboexpander, gas expands to produce useful power. The expansion of gases in a turboexpander is accompanied by their cooling. Then the gases are heated in the heat exchanger and the chimney is removed. The condensate extracted from the combustion products is sent to a contact heat exchanger.

В установке достигается утилизация тепла продуктов сгорания за счет конденсации водяных паров, однако она имеет сложное схемное решение, в котором присутствуют компрессор, турбодетандер, контактная камера с принудительным распылом и ряд теплообменников. Указанные механизмы приводит к дополнительным энергетическим затратам, необходимым для их привода и восполнения потерь, связанных с транспортировкой продуктов сгорания до турбодетандера с выбросом их в окружающую среду. In the installation, heat recovery of the combustion products due to condensation of water vapor is achieved, however, it has a complex circuit design in which there is a compressor, a turboexpander, a contact chamber with forced atomization and a number of heat exchangers. These mechanisms lead to additional energy costs necessary to drive them and make up for losses associated with the transportation of combustion products to a turboexpander with their release into the environment.

Целесообразность использования компрессора с турбодетандером для повышения эффективности теплообмена малоэффективна. В теплообменнике, где преобладает конвективный вид теплообмена, сначала происходит снятие перегрева водяных паров, а лишь затем конденсация избытка воды, которой увлажняются продукты сгорания в контактной камере. В известном устройстве рассматривается только процесс конденсации. Процесс теплообмена в теплообменнике протекает при Р= const. The feasibility of using a compressor with a turboexpander to increase the efficiency of heat transfer is ineffective. In a heat exchanger, where the convective type of heat exchange predominates, the overheating of water vapor is first removed, and only then the excess water is condensed, which moistens the combustion products in the contact chamber. In the known device, only the condensation process is considered. The heat transfer process in the heat exchanger occurs at P = const.

В теплообменнике происходит доохлаждение водяных паров из продуктов сгорания, степень охлаждения которого зависит от температуры продуктов сгорания на выходе из турбодетандера. Она определяется конечным давлением, которое в данном случае не ниже атмосферного, и, кроме того, принимает лишь положительные значения. В турбодетандере протекает конденсация водяных паров. Этот конденсат вновь испаряется в теплообменнике и удаляется наружу с продуктами сгорания. In the heat exchanger, further cooling of water vapor from the combustion products occurs, the degree of cooling of which depends on the temperature of the combustion products at the outlet of the turbine expander. It is determined by the final pressure, which in this case is not lower than atmospheric, and, in addition, takes only positive values. Condensation of water vapor occurs in a turboexpander. This condensate again evaporates in the heat exchanger and is removed to the outside with combustion products.

Известен утилизатор тепла, содержащий размещенные в верхней и нижней частях газохода сепаратор и сборник конденсата, между которыми размещена поверхность теплообмена. A heat recovery unit is known comprising a separator and a condensate collector located in the upper and lower parts of the gas duct, between which a heat exchange surface is located.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена. The aim of the invention is the intensification of heat transfer.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство дополнительно снабжено теплообменником перегрева, камерой, ограниченной двугранным неравносторонним наклонным дырчатым листом и ближней к нему перегородкой с желобом, двумерными суживающимися диффузорами и расширяющимися каналами, образованными совместно с другими наклонными листами, расположенными симметрично относительно горизонтальных осей теплообменных элементов и соединенными между собой с помощью сопрягаемых поверхностей, выполненных в форме расширяющихся каналов, причем жалобы имеют сливную трубу. This goal is achieved by the fact that the proposed device is additionally equipped with an overheating heat exchanger, a chamber bounded by a dihedral, non-equilateral inclined hole sheet and a partition adjacent to it with a groove, two-dimensional narrowing diffusers and expanding channels formed together with other inclined sheets located symmetrically with respect to the horizontal axes of the heat-exchange elements and interconnected using mating surfaces made in the form of an expanding channel in, and complaints have downspout.

Утилизатор теплоты отходящих газов изображен на чертеже. The waste heat heat exchanger is shown in the drawing.

Он включает сборник конденсата, камеру 2, корпус 3, двугранный неравносторонний наклонный дырчатый лист 4, наклонные перегородки 5, суживающийся двумерный диффузор 6, расширяющийся диффузор 7, теплообменную поверхность 8, сливную трубу 9, желоб 10, сопрягаемую поверхность 11, сепаратор 12, теплообменник 13 перегрева, дымосос 14, дымовую трубу 15, гидрозатвор 16 и горизонтальную ось 17. It includes a condensate collector, a chamber 2, a housing 3, a dihedral non-equilateral inclined hole sheet 4, inclined partitions 5, a tapering two-dimensional diffuser 6, an expanding diffuser 7, a heat exchange surface 8, a drain pipe 9, a chute 10, a mating surface 11, a separator 12, a heat exchanger 13 overheating, smoke exhaust 14, chimney 15, water lock 16 and the horizontal axis 17.

Сборник 1 конденсата стыкуется по поперечным размерам с камерой 2, а высота задается в зависимости от количества выделяемого конденсата из продуктов сгорания. Изнутри сборник отделывается кислотостойким материалом.
Габариты корпуса 3 определяются в результате теплового и аэродинамического расчетов процессов теплообмена и движения двухфазного потока.The condensate collector 1 is joined in transverse dimensions with the chamber 2, and the height is set depending on the amount of condensate emitted from the combustion products. From the inside, the collection is finished with an acid-resistant material.
The dimensions of the housing 3 are determined as a result of thermal and aerodynamic calculations of heat transfer processes and the movement of a two-phase flow.

Вершина двугранного наклонного дырчатого листа 4 размещена под желобом 10 наклонной нижней перегородки 5. Размеры отверстий, их количество рассчитываются так, чтобы стекающий конденсат равномерно распределялся по всей поверхности. Сливные трубы 9 нижней наклонной перегородки 5 размещены так, чтобы количество конденсата распределяемого между гранями, было примерно пропорционально площади их поверхности. Наклонные перегородки 5 образуют суживающиеся двумерные диффузоры 8, которые симметричны относительно горизонтальной оси 17. Они размещены друг под другом. The top of the dihedral inclined hole sheet 4 is placed under the groove 10 of the inclined lower partition 5. The size of the holes, their number is calculated so that the flowing condensate is evenly distributed over the entire surface. Drain pipes 9 of the lower inclined partition 5 are placed so that the amount of condensate distributed between the faces is approximately proportional to their surface area. The inclined partitions 5 form a tapering two-dimensional diffuser 8, which is symmetrical about the horizontal axis 17. They are placed under each other.

Суживающиеся двумерные диффузоры 6 с помощью желобов 10 и сопрягаемых поверхностей 11 переходят в расширяющиеся двумерные диффузоры 7, которые направляют поток вверх и разворачивают его на 180о. Далее они совмещаются с суживающимися двумерными диффузорами 6. The tapering two-dimensional diffusers 6 with the help of the grooves 10 and the mating surfaces 11 go into expanding two-dimensional diffusers 7, which direct the flow up and turn it 180 °. Then they are combined with tapering two-dimensional diffusers 6.

Теплообменная поверхность 8 размещена по горизонтальным осям 17 в суживающихся каналах. The heat exchange surface 8 is placed along the horizontal axes 17 in the tapering channels.

Желоба 10 стыкуются с наклонными перегородками. Они являются составными частями расширяющихся двумерных диффузоров 7. The gutters 10 are joined with inclined partitions. They are components of expanding two-dimensional diffusers 7.

Теплообменник 13 перегрева выполнен рекуперативного типа. Его компоновка определяется в зависимости от температуры нагрева продуктов сгорания, которая обусловлена тем, что при выходе отходящих газов из устья трубы 15 их температура была бы не ниже температуры точки росы с влагосодержанием после сепаратора 12. The heat exchanger 13 overheating is made of a regenerative type. Its layout is determined depending on the heating temperature of the combustion products, which is due to the fact that when the exhaust gases exit the mouth of the pipe 15, their temperature would not be lower than the temperature of the dew point with moisture content after the separator 12.

Утилизатор работает следующим образом. Продукты сгорания с температурой примерно 250^оС поступают в теплообменник 13 перегрева. Они подогревают отходящие газы примерно на 10-15^оС, что вполне достаточно для перегрева имеющихся в них остатков влаги для того, чтобы она не сконденсировалась на поверхностях газохода и дымовой трубы 15. Далее продукты сгорания проходят двугранный неравносторонний наклонный дырчатый лист, где они охлаждаются и увлажняются за счет конденсата, растекающегося равномерно по всей его поверхности.The utilizer works as follows. Combustion products with a temperature of about 250 ^about With enter the heat exchanger 13 overheating. They heat the exhaust gases by about 10-15 ^{° C,} which is sufficient to superheat the existing residual moisture therein in order to keep it condenses on the surfaces of the gas duct and the chimney 15. Next, the combustion products pass dihedral scalene oblique perforated sheet, where they are cooled and moistened by condensate, spreading evenly over its entire surface.

В камере 2 создаются условия, при которых происходит процесс перехода водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, к критическому состоянию. Вместе с газами в нее поступают твердые пылевидные частицы (сажа, зола и др. ). Они обеспечивают большое количество центров конденсации, вокруг которых начинается процесс объемного каплеобразования. В камере продукта сгорания находятся некоторое время без охлаждения, в результате чего снижается пересыщение пара, так как происходит конденсация пара на поверхности имеющихся в отходящих газах капель. При этом температура газа несколько повышается за счет выделившейся теплоты конденсации водяных паров. In chamber 2, conditions are created under which the process of transition of water vapor contained in the combustion products to a critical state occurs. Together with gases, solid dust-like particles (soot, ash, etc.) enter it. They provide a large number of condensation centers around which the process of volumetric dropping begins. In the chamber of the combustion product there is some time without cooling, as a result of which the supersaturation of the vapor is reduced, since the condensation of the vapor occurs on the surface of the droplets present in the exhaust gases. In this case, the gas temperature slightly increases due to the released heat of condensation of water vapor.

Абсолютное давление в камере 2 и в области размещения теплообменных поверхностей больше атмосферного на величину аэродинамического сопротивления газового тракта. The absolute pressure in the chamber 2 and in the area of the placement of the heat exchange surfaces is greater than atmospheric by the value of the aerodynamic resistance of the gas path.

Подготовленные таким образом продукты сгорания охлаждаются на теплообменной поверхности 8 в суживающемся двумерном диффузоре 6. При этом происходит наряду с поверхностной конденсацией водяных паров из продуктов сгорания и объемная. Так как скорость движения продуктов сгорания дозвуковая, то по длине суживающихся диффузоров 6 происходит возрастание скорости и падение давления потока. В расширяющемся диффузоре 7 скорость потока падает, а давление возрастает. Выделившийся конденсат стекает с верхней наклонной перегородки 5 в желоб 10 и через сливные трубы 9 по нижерасположенным наклонным перегородкам на двугранный неравносторонний наклонный дырчатый лист 4. The combustion products thus prepared are cooled on the heat exchange surface 8 in a tapering two-dimensional diffuser 6. In this case, along with the surface condensation of water vapor from the combustion products, there is also volumetric condensation. Since the speed of movement of the combustion products is subsonic, then along the length of the tapering diffusers 6 there is an increase in speed and a drop in flow pressure. In the expanding diffuser 7, the flow rate decreases and the pressure increases. The condensate released flows from the upper inclined partition 5 into the chute 10 and through the drain pipes 9 along the lower inclined partitions to a dihedral non-equilateral inclined hole sheet 4.

Дополнительное выделение влаги происходит в сепараторе 12, из которого продукты сгорания поступают в теплообменник 13 перегрева. Оставшаяся влага в нем перегревается на 10-15^оС и с помощью дымососа 14 удаляется в атмосферу через дымовую трубу 15.Additional moisture is released in the separator 12, from which the combustion products enter the heat exchanger 13 overheating. The remaining moisture in it overheats at 10-15 ^{° C} and via exhauster 14 is removed to the atmosphere via a stack 15.

Технико-экономический эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что не требуется производить подачу воды на орошение, поэтому отсутствует расход электроэнергии на привод насосов, снижается поверхность нагрева примерно в 2-2,5 раза. (56) Авторское свидетельство СССР N 1359556, кл. F 22 B 33/18, 1986. The technical and economic effect of the proposed technical solution consists in the fact that it is not necessary to supply water for irrigation, therefore there is no electricity consumption for the pump drive, and the heating surface is reduced by about 2-2.5 times. (56) Copyright certificate of the USSR N 1359556, cl. F 22 B 33/18, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1089351, кл. F 22 B 1/18, 1982. USSR author's certificate N 1089351, cl. F 22 B 1/18, 1982.

Claims

A HEAT UTILIZER containing a flue formed by the walls, in communication with a flue gas source and a chimney, respectively, located on the upper and lower parts of the flue, a separation grid and a condensate collector, between which a heat exchange surface and a gas heat exchanger are arranged, characterized in that, for the purpose of increase efficiency by intensifying heat transfer, it is additionally equipped with partitions, gutters with drain pipes, concave plates and gas distribution devices moreover, moreover, the partitions are alternately mounted on opposite walls of the gas duct and tilted towards the condensate collector, the heat exchange surface is made of elements forming rows, each of which is placed in the cross section of the gas duct between the partitions, on the free ends of which grooves with drain pipes are installed, concave plates are placed between adjacent partitions of one wall adjacent to the latter and facing the concave side to the elements of the heat exchange surface, gas distribution device is in the form of two mounted at an angle to one another, different sized perforated sheets, the larger of which is placed under the bottom wall and the gas heat exchanger of the heating medium is connected to a flue gas source.