RU2045697C1

RU2045697C1 - Condensation waste heat recovery device

Info

Publication number: RU2045697C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Ильич Гомон; Раиса Александровна Навродская
Original assignee: Научно-исследовательский институт санитарной техники
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1995-10-10

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: combustion products enter housing of waste heat recovery device where they are distributed in inter-tube space of heat exchange bundle which is provided with external fins. Gases flow transversely over tubes of bundle where finning pitch increases from row to row in way of flow of combustion products. Condensate film is formed on finned surface of tube bundle; condensate is collected in sump. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для использования отбросного тепла уходящих газов газифицированных котлов. The invention relates to heat engineering, in particular to devices for using the waste heat of flue gases from gasified boilers.

Известна конструкция конденсационного котла серии Gas 311 ЕСО фирмы Remeha, в хвостовой части которого размещен конденсационный теплоутилизатор для глубокого охлаждения продуктов сгорания котла с использованием теплоты конденсации содержащихся в газах водяных паров. A known construction of a condensing boiler of the Gas 311 ECO series of Remeha company, in the rear part of which there is a condensation heat exchanger for deep cooling of the boiler combustion products using the heat of condensation of water vapor contained in gases.

Конденсационный теплоутилизатор содержит корпус с патрубками подвода и отвода продуктов сгорания, пучок теплообменных труб с верхними рядами труб с наружным поперечным оребрением и нижними рядами гладких труб, установленных в несколько рядов по вертикали, поддон для сбора конденсата и штуцеры для подвода и отвода нагреваемой воды. Продукты сгорания котла поступают через входной (верхний) патрубок в межтрубное пространство пучка и, опускаясь, нагревают воду, движущуюся в трубах пучка. При глубоком охлаждении продуктов сгорания (ниже температуры точки росы) на наружной поверхности гладких и оребренных труб происходит конденсация водяных паров. Образовавшийся конденсат стекает в сборник конденсата, расположенный в нижней части теплоутилизатора. The condensation heat exchanger contains a housing with pipes for supplying and discharging combustion products, a bundle of heat exchange tubes with upper rows of pipes with an external transverse finning and lower rows of smooth pipes installed in several vertical rows, a condensate collection tray and fittings for supplying and discharging heated water. The products of combustion of the boiler pass through the inlet (upper) pipe into the annulus of the beam and, descending, heat the water moving in the pipes of the beam. When the combustion products are deeply cooled (below the dew point temperature), condensation of water vapor occurs on the outer surface of the smooth and finned tubes. The resulting condensate flows into the condensate collector located at the bottom of the heat exchanger.

В определенных режимах работы котла (при низких температурах газов и воды на входе), а также при большом количестве рядов труб по ходу продуктов сгорания на трубах нижних рядов скапливается значительное количество конденсата. Для улучшения удаления конденсата трубы нижних рядов выполнены гладкими (без оребрения). In certain modes of operation of the boiler (at low temperatures of gases and water at the inlet), as well as with a large number of rows of pipes, a significant amount of condensate accumulates on the pipes of the lower rows along the combustion products. To improve the removal of condensate, the pipes of the lower rows are made smooth (without fins).

Недостатком данной конструкции является неэффективное использование межтрубного объема трубного пучка теплоутилизатора, так как гладкие трубы имеют площадь поверхности нагрева в несколько раз меньшую (в среднем в 5-10 раз), чем оребренные трубы. Кроме того, набор трубного пучка из рядов оребренных и гладких не решает полностью проблем ликвидации затопления конденсатом межреберного пространства оребренных труб. The disadvantage of this design is the inefficient use of the annular volume of the tube bundle of the heat exchanger, since smooth pipes have a heating surface area several times smaller (on average 5-10 times) than finned tubes. In addition, the collection of a tube bundle from the ranged and smooth rows does not completely solve the problems of eliminating condensate flooding of the intercostal space of the fin tubes.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой конструкции является установка для утилизации тепла дымовых газов, содержащая корпус с патрубками подвода и отвода продуктов сгорания, размещенный в корпусе пучок теплообменных труб с поперечным оребрением, установленных рядами поперечно потоку продуктов сгорания, поддон для сбора конденсата и штуцеры для подвода и отвода нагреваемой воды. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed design is a flue gas heat recovery unit, comprising a body with pipes for supplying and discharging combustion products, a bundle of heat exchange tubes with transverse fins placed in rows transverse to the flow of combustion products, a condensate collection tray and fittings for supplying and discharging heated water.

Продукты сгорания котла поступают через входной (верхний) газовый патрубок в межтрубное пpостранство трубного пучка. По трубам пучка движется нагреваемая вода. Продукты сгорания, двигаясь вниз, охлаждаются ниже температуры точки росы водяных паров, что сопровождается их конденсацией и выделением скрытой теплоты конденсации. Заполнение всего межтрубного объема пучка оребренными трубами способствует более глубокому охлаждению продуктов сгорания и увеличению теплопроизводительности установки по сравнению с гладкотрубными нижними рядами. The combustion products of the boiler enter through the inlet (upper) gas pipe into the annulus of the tube bundle. Heated water moves through the tubes of the beam. The combustion products, moving downward, are cooled below the dew point of water vapor, which is accompanied by their condensation and the release of latent heat of condensation. Filling the entire annular volume of the beam with finned tubes contributes to a deeper cooling of the combustion products and an increase in the heat output of the installation in comparison with the smooth-tube lower rows.

Недостатком данной конструкции является неэффективная работа установки из-за затопления оребренной поверхности нижних рядов конденсатом. Более глубокое охлаждение продуктов сгорания сопровождается выделением большего количества конденсата. Образованный на верхних рядах конденсат стекает на нижние трубы, на которых также имеет место конденсация водяных паров. На трубах нижних рядов скапливается значительное количество конденсата, что в определенных режимах работы приводит к затоплению оребренной поверхности труб и снижению эффективности их работы. The disadvantage of this design is the inefficient operation of the installation due to flooding of the fin surface of the lower rows with condensate. Deeper cooling of the combustion products is accompanied by the release of more condensate. The condensate formed in the upper rows flows to the lower pipes, on which condensation of water vapor also takes place. A significant amount of condensate accumulates on the pipes of the lower rows, which in certain operating conditions leads to flooding of the finned surface of the pipes and a decrease in the efficiency of their work.

Отмеченные недостатки данной конструкции снижают эффективность работы установки для утилизации. The noted disadvantages of this design reduce the efficiency of the installation for disposal.

Целью изобретения является повышение эффективности работы теплоутилизатора за счет предотвращения затопления межреберного пространства труб конденсатом. The aim of the invention is to increase the efficiency of the heat exchanger by preventing flooding of the intercostal space of the pipes with condensate.

В конденсационном теплоутилизаторе, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода продуктов сгорания, размещенном в корпусе пучком теплообменных труб с поперечным оребрением, причем трубы размещены рядами поперечно потоку продуктов сгорания, установленным в нижней части корпуса поддоном, подключенными к трубам пучка штуцерами для подвода и отвода нагреваемой воды, шаг оребрения труб выполнен нарастающим от ряда к ряду. In a condensation heat exchanger containing a housing with nozzles for supplying and discharging combustion products, placed in the housing with a bundle of heat exchange pipes with transverse fins, the pipes being arranged in rows transverse to the flow of combustion products installed in the lower part of the housing with a pallet connected to the beam pipes with fittings for supplying and discharging a heated water, the step of finning the pipes is made increasing from row to row.

Не выявлено известных технических решений, обладающих аналогичными или эквивалентными признаками, которые придавали бы известным решениям свойства, аналогичные свойствам заявляемого. No known technical solutions have been identified that have similar or equivalent features that would impart to the known solutions properties similar to those of the claimed one.

При такой конструкции полученный конденсат образует на оребренных трубах теплоутилизатора пленку небольшой толщины, что практически не уменьшает площади сечения межреберного пространства благодаря увеличению шага оребрения от верхнего ряда к нижнему в соответствии с ростом количества конденсата, образованного на вышележащих и данном рядах. With this design, the resulting condensate forms a film of small thickness on the finned heat exchanger tubes, which practically does not reduce the cross-sectional area of the intercostal space due to an increase in the finning step from the upper row to the lower one in accordance with the increase in the amount of condensate formed on the overlying and this rows.

На фиг. 1 показан теплоутилизатор, вид спереди с частичным разрезом; на фиг.2 то же, вид сбоку с частичным разрезом. In FIG. 1 shows a heat exchanger, front view in partial section; figure 2 is the same side view with a partial section.

Теплоутилизатор содержит трубный пучок 1, байпасный газоход 2 с патрубками подвода 3 и отвода 4 продуктов сгорания и регулировочным шибером 5, поддон для сбора конденсата 6 с впускным сифоном 7 и отводящий газоход 8. Трубный пучок 1 соединен с водяными камерами (коллекторами) со штуцерами подвода и отвода 11 нагреваемой воды. Трубный пучок 1 набран из биметаллических оребренных труб 12, установленных в несколько (в данном случае семь) рядов по вертикали, которые разделены на четыре группы рядов с одинаковым шагом оребрения в каждой группе. Шаг оребрения возрастает сверху вниз. Первая сверху группа содержит один ряд, вторая, третья, четвертая по два ряда. The heat exchanger contains a tube bundle 1, a bypass gas duct 2 with nozzles for supplying 3 and exhaust 4 of combustion products and an adjustment gate 5, a condensate collecting pan 6 with an inlet siphon 7 and an exhaust duct 8. The tube bundle 1 is connected to water chambers (collectors) with supply fittings and drain 11 of heated water. The tube bundle 1 is composed of bimetallic finned tubes 12 mounted in several (in this case seven) rows vertically, which are divided into four groups of rows with the same fin pitch in each group. The finning step increases from top to bottom. The first group on top contains one row, the second, third, fourth in two rows.

Теплоутилизатор работает следующим образом. Heat exchanger works as follows.

Продукты сгорания котла через входной патрубок 3 поступают в межтрубное пространство трубного пучка 1 и, опускаясь, охлаждаются. Охлажденные газы через отводящий газоход 8 и выходной патрубок 4 направляются в дымовую трубу. Нагреваемая вода через входной (нижний) патрубок 10 и водяной коллектор 9 поступает в трубное пространство пучка, где нагревается и через выходной (верхний) патрубок 11 направляется к потребителю. The products of combustion of the boiler through the inlet pipe 3 enter the annulus of the tube bundle 1 and, descending, are cooled. Cooled gases through the exhaust duct 8 and the outlet pipe 4 are sent to the chimney. Heated water through the inlet (lower) pipe 10 and the water collector 9 enters the tube space of the beam, where it is heated and through the output (upper) pipe 11 is sent to the consumer.

При температуре воды на входе в теплоутилизатор ниже значения температуры точки росы (t < 50 С) водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, происходит глубокое охлаждение продуктов сгорания с конденсацией части водяных паров и выделением при этом скрытой теплоты конденсации (конденсационный режим работы). При этом на оребренной поверхности труб 12 образуется конденсат, который стекает в поддон для сбора конденсата 6 и через выпускной сифон 7 направляется для полезного использования, либо через нейтрализующее устройство (конденсат имеет кислую реакцию) сбрасывается в канализацию. Благодаря увеличению шага ребер от верхнего ряда к нижнему в соответствии с ростом количестве конденсата, образованного на вышележащих рядах, не происходит затопления межреберного пространства труб, конденсат образует тонкую пленку на оребренной поверхности, не создавая значительного термического сопротивления и не снижая при этом коэффициента теплопередачи теплоутилизатора. When the water temperature at the inlet of the heat exchanger is lower than the dew point temperature (t <50 C) of the water vapor contained in the combustion products, the combustion products are deeply cooled with the condensation of part of the water vapor and the latent heat of condensation is released (condensation operation mode). At the same time, condensate forms on the finned surface of the pipes 12, which flows into a condensate collecting pan 6 and is sent for useful use through the outlet siphon 7, or is discharged through a neutralizing device (the condensate has an acid reaction) into the sewer. Due to the increase in the step of the ribs from the upper row to the lower one in accordance with the increase in the amount of condensate formed on the overlying rows, there is no flooding of the intercostal space of the pipes, the condensate forms a thin film on the fin surface, without creating significant thermal resistance and without reducing the heat transfer coefficient of the heat exchanger.

Наиболее благоприятным является плавное увеличение шага ребер в каждом последующем ряду. Однако это требует наличия труб с большим диапазоном изменения шага ребер, а также усложняет производство теплоутилизатора. The most favorable is a smooth increase in the step of the ribs in each subsequent row. However, this requires the presence of pipes with a wide range of variation in the pitch of the ribs, and also complicates the production of heat recovery.

Наиболее благоприятным является плавное увеличение шага ребер в каждом последующем ряду. Однако это требует наличия труб с большим диапазоном изменения шага ребер, а также усложняет производство теплоутилизатора. Поэтому трубный пучок может (как в примере, изображенном на фиг.1 и 2) состоять из групп рядов с одинаковым шагом оребрения. При этом шаг оребрения группы доложен возрастать от верхней группы к нижней. The most favorable is a smooth increase in the step of the ribs in each subsequent row. However, this requires the presence of pipes with a wide range of variation in the pitch of the ribs, and also complicates the production of heat recovery. Therefore, the tube bundle can (as in the example shown in figures 1 and 2) consist of groups of rows with the same finning pitch. In this case, the finning step of the group should increase from the upper group to the lower.

Изобретение позволяет повысить эффективность работы теплоутилизатора и обеспечить повышение КПД котла, обслуживаемого теплоутилизатором. The invention improves the efficiency of the heat exchanger and provides increased efficiency of the boiler serviced by the heat exchanger.

Claims

A CONDENSATION HEAT RECOVER, comprising a housing with pipes for supplying and discharging combustion products, a bundle of heat exchange tubes with external transverse fins placed in the housing, the pipes being arranged in rows transverse to the flow of combustion products, a pallet installed in the lower part of the housing, and fittings for supplying and discharging the heated water, characterized in that the step of finning the pipes is made increasing from row to row along the combustion products.