RU2079054C1

RU2079054C1 - Radiation air heater

Info

Publication number: RU2079054C1
Application number: RU9494002221A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Васильев; Г.Х. Хачатрян; Н.В. Симонова
Original assignee: Саратовский государственный технический университет
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: utilization of heat of high- temperature waste gases. SUBSTANCE: air heater uses internal and external cylindrical shells, the annular space between which is sealed, and the closed circuits are filled with a high-temperature intermediate heat-transfer agent and secured in the air heater walls, and the annular duct is furnished with guide partitions. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для подогрева воздуха высокотемпературными отходящими газами различных теплотехнологических агрегатов и применяется в технике энергосбережения. The invention relates to a device for heating air with high-temperature exhaust gases of various heat engineering units and is used in energy-saving technology.

Известны радиационные воздухоподогреватели, включающие две соосно расположенных цилиндрических обечайки, кольцевое пространство между которыми загерметизировано, на наружной обечайки размещены патрубки для подвода и отвода воздуха, а в кольцевом пространстве между обечайками имеются направляющие перегородки, причем по внутреннему цилиндрическому (газовому) каналу проходят дымовые газы, а в кольцевом пространстве между внутренним и наружным цилиндрами нагреваемый воздух. Такие влздухоподогреватели при температуре газов на входе 1100-1300^oC имеют достаточно хорошие теплотехнические характеристики и позволяют использовать теплоту отходящих высокотемпературных газов для подогрева воздуха.Radiation air heaters are known, including two coaxially arranged cylindrical shells, the annular space between which is sealed, nozzles for supplying and discharging air are placed on the outer shell, and guide walls are located in the annular space between the shells, and flue gases pass through the inner cylindrical (gas) channel, and in the annular space between the inner and outer cylinders is heated air. Such air-heaters at an inlet gas temperature of 1100-1300 ^o C have quite good thermal characteristics and allow the heat of the exhaust high-temperature gases to be used to heat the air.

К недостаткам этих подогревателей относятся сравнительно небольшая удельная поверхность нагрева (поверхность нагрева, приходящаяся на единицу объема, м²/м³) и достаточно высокая надежность, что связано с высокой температурой теплопередающей поверхности.The disadvantages of these heaters include a relatively small specific heating surface (heating surface per unit volume, m ² / m ³ ) and a sufficiently high reliability due to the high temperature of the heat transfer surface.

Совершенствование конструкции таких воздухоподогревателей связано с развитием поверхности нагрева путем параллельного включения трубок, охлаждаемых воздухом изнутри и частично экранирующих поверхности нагрева внутреннего цилиндра /1, 2/. Improving the design of such air heaters is associated with the development of the heating surface by the parallel inclusion of tubes cooled by air from the inside and partially shielding the heating surfaces of the inner cylinder / 1, 2 /.

Исследователи отмечают сложность изготовления рекуператоров такой конструкции, ее ремонтонепригодность и высокие гидравлические сопротивления воздушного тракта. При этом надежность работы подогревателя не увеличивается, т.к. остается опасность перегрева стенки трубок, охлаждаемых воздухом. Researchers note the complexity of manufacturing recuperators of this design, its maintainability and high hydraulic resistance of the air path. At the same time, the reliability of the heater does not increase, because there remains a risk of overheating of the wall of the tubes cooled by air.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности воздухоподогревателя, развитие поверхности нагрева при условии снижения габаритных размеров и обеспечения большей компактности подогревателя. The task to which the invention is directed is to increase the reliability of the air heater, the development of the heating surface, subject to a decrease in overall dimensions and to ensure greater compactness of the heater.

Кроме того, изобретение позволит существенно снизить пылеунос в отходящих газах (из-за снижения температуры газов на выходе устройства и возвращения пыли в ванну теплотехнологического агрегата) и тем самым улучшает экологическую ситуацию в данной местности. In addition, the invention will significantly reduce dust in the exhaust gases (due to lower temperatures of the gases at the outlet of the device and the return of dust to the bath of the heat-processing unit) and thereby improves the environmental situation in the area.

Поставленная задача достигается тем, что в радиационном воздухоподогревателе, включающем две соосно расположенных цилиндрических обечайки, кольцевое пространство между которыми загерметизировано сверху и снизу, на наружной обечайки расположены патрубки для ввода и вывода воздуха в кольцевое пространство между ними, в вертикальных плоскостях расположены и жестко закреплены в отверстиях внутренней обечайки замкнутые контуры из труб, заполненные промежуточным высокотемпературным теплоносителем, оси вертикальных труб контуров параллельны центральной оси подогревателя, причем спускная труба контура находится внутри кольцевого пространства (воздушный канал), а подъемная труба контуроа во внутренней полости внутренней обечайки, т.е. в газовом канале, частично экранируя стенку этой обечайки. The problem is achieved in that in a radiation air heater, including two coaxially arranged cylindrical shells, the annular space between which is sealed above and below, on the outer shell are pipes for air inlet and outlet into the annular space between them, are located in vertical planes and are rigidly fixed to openings of the inner shell closed circuits of pipes filled with intermediate high-temperature coolant, the axis of the vertical pipes of the contours of the parallel Yelnia central axis of the heater, wherein Drain pipe loop is located inside the annular space (air passage), and the lifting tube in the inner cavity konturoa inner shell, i.e. in the gas channel, partially shielding the wall of this shell.

Новым в предлагаемом изобретении является то, что замкнутые контуры из труб, заполненные промежуточным высокотемпературным теплоносителем, расположены в вертикальных плоскостях подогревателя и жестко закреплены в отверстиях в стенке внутренней цилиндрической обечайки. New in the invention is that closed circuits of pipes filled with an intermediate high-temperature coolant are located in the vertical planes of the heater and are rigidly fixed in the holes in the wall of the inner cylindrical shell.

Подъемные трубы, находящиеся в газовом канале, могут быть расположены по одной окружности, а при малом диаметре внутренней обечайки трубы могут располагаться по двум или нескольким окружностям, что обеспечивает компактность подогревателя. Lifting pipes located in the gas channel can be located on one circumference, and with a small diameter of the inner shell of the pipe can be located on two or more circles, which ensures a compact heater.

Технический результат, получение которого обеспечивает данное изобретение, обусловлен тем, что наличие контуров со свободно циркулирующим внутренним промежуточным теплоносителем позволяет обеспечить надежный высокоинтенсивный отвод теплоты от стенки контура, а наличие поперечно омываемых потоком воздуха трубок внутри кольцевого пространства турбулизирует воздушный поток и интенсифицирует отвод тепла от радиационной поверхности нагрева, что в целом повышает интенсивность теплопередачи, повышает компактность поверхности нагрева и надежность работы воздухоподогревателя в связи со снижением температуры металлической стенки. При этом цилиндрическая поверхность нагрева частично экранируется надежно охлаждаемыми промежуточным теплоносителем подъемными трубками контуров. The technical result obtained by this invention is due to the fact that the presence of circuits with a freely circulating internal intermediate coolant allows for reliable high-intensity heat removal from the circuit wall, and the presence of tubes transversely washed by the air flow inside the annular space turbulizes the air flow and intensifies the heat removal from radiation heating surfaces, which generally increases the intensity of heat transfer, increases the compactness of the heating surface and the reliability of the air heater in connection with a decrease in the temperature of the metal wall. In this case, the cylindrical heating surface is partially shielded by the lifting tubes of the circuits, which are reliably cooled by the intermediate heat carrier.

На фиг. 1 показана конструкция радиационного воздухоподогревателя, общий вид: на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вариант размещения контуров с промежуточным теплоносителем. In FIG. 1 shows the design of a radiation air heater, general view: in FIG. 2 is a section along AA in FIG. one; in FIG. 3 option for placing circuits with an intermediate coolant.

Радиационный воздухонагреватель включает внутреннюю 1 и наружную 2 цилиндрические обечайки, входной 3 и выходной 4 воздушные патрубки, закрепленные на наружной обечайке 2, направляющие перегородки 5 в кольцевом канале между обечайками 1 и 2, обеспечивающие поперечное омывание труб воздухом и замкнутые контуры 6 из труб, заполненные промежуточным высокотемпературным теплоносителем, включающие подъемные трубы 7, расположенные в газовом канале 8 и опускные трубы 9, расположенные в кольцевом пространстве между обечайками 1 и 2. Radiation air heater includes inner 1 and outer 2 cylindrical shells, inlet 3 and outlet 4 air tubes mounted on the outer shell 2, the guide walls 5 in the annular channel between the shells 1 and 2, providing transverse washing of pipes with air and closed circuits 6 of pipes filled intermediate high-temperature coolant, including lifting pipes 7 located in the gas channel 8 and the lowering pipes 9 located in the annular space between the shells 1 and 2.

В случае, если степень экранирования цилиндрической обечайки получается высокой, целесообразно размещать подъемные трубы 7 замкнутых контуров в газовом канале 8 в два ряда, как показано на фиг. 3. If the degree of shielding of the cylindrical shell turns out to be high, it is advisable to place the lifting pipes 7 of the closed circuits in the gas channel 8 in two rows, as shown in FIG. 3.

Работа воздухонагревателя осуществляется следующим образом: отходящие дымовые газы от источника проходят через газовый канал подогревателя 8, передавая теплоту преимущественно излучением к стенке внутренней обечайки 1 и стенкам подъемных труб 7, замкнутых контуров 6. Воздух поступает в кольцевое пространство между обечайками 1 и 2 через входной патрубок 3 и направляемый с помощью направляющих перегородок 5, отводит теплоту от внутренней обечайки 1 и поперечно омываемых опускных труб 9 контуров 6, в результате чего нагревается и отводится к потребителю через выходной патрубок 4. За счет разности температур в подъемных 7 и опускных 9 трубах контура 6 происходит естественная циркуляция промежуточного теплоносителя в контурах 6, обеспечивающая высокую интенсивность теплопереноса, что способствует снижению температуры стенки теплопередающей поверхности, а следовательно,повышению надежности работы и увеличению теплосъема. The operation of the air heater is as follows: the exhaust flue gases from the source pass through the gas channel of the heater 8, transferring heat mainly by radiation to the wall of the inner shell 1 and the walls of the lifting pipes 7, closed circuits 6. Air enters the annular space between the shells 1 and 2 through the inlet pipe 3 and guided by means of guide partitions 5, removes heat from the inner shell 1 and the transversely washed lowering pipes 9 of circuits 6, as a result of which it is heated and removed to to the consumer through the outlet pipe 4. Due to the temperature difference in the lifting 7 and lowering 9 pipes of circuit 6, the intermediate medium is naturally circulated in circuits 6, providing a high heat transfer rate, which helps to reduce the temperature of the wall of the heat transfer surface, and therefore, increase the reliability and increase heat transfer .

Наличие замкнутых контуров из труб с циркулирующим промежуточным теплоносителем, отличающее предлагаемое изобретение от прототипа, обеспечивает положительный эффект, выражающийся в следующем. The presence of closed circuits of pipes with a circulating intermediate coolant that distinguishes the invention from the prototype, provides a positive effect, expressed as follows.

1. Теплопередающая поверхность при одинаковых габаритах подогревателей увеличивается в 2-2,5 раза по сравнению с прототипом. 1. The heat transfer surface with the same dimensions of the heaters increases by 2-2.5 times compared with the prototype.

2. Частичное экранирование подъемными трубами контуров тепловоспринимающей поверхности цилиндрической обечайки с газовой стороны позволяет несколько ослабить радиационный поток теплоты на стенку и снизить ее температуру на 100-130^oC, что повышает надежность работы воздухоподогревателя.2. Partial screening by lifting pipes of the contours of the heat-receiving surface of the cylindrical shell from the gas side allows you to slightly weaken the radiation heat flux to the wall and reduce its temperature by 100-130 ^o C, which increases the reliability of the heater.

3. Теплофизические свойства промежуточного высокотемпературного теплоносителя позволяет отводить теплоту от труб контуров значительно интенсивнее, чем при охлаждении воздухом. 3. The thermophysical properties of the intermediate high-temperature coolant allow heat to be removed from the pipes of the circuits much more intensively than when cooled by air.

4. Наличие опускных труб контура в кольцевой щели, поперечно-обтекаемых потоком воздуха, позволяет интенсифицировать теплоотдачу к воздуху, что помимо повышения эффективности теплообменна и повышения тепловосприятия дополнительно обеспечивает снижение температуры цилиндрической стенки воздухоподогревателя и повышает надежность ее работы. 4. The presence of the downpipes of the circuit in the annular gap transversely streamlined by the air flow makes it possible to intensify the heat transfer to air, which, in addition to increasing the efficiency of heat exchange and increasing heat perception, additionally reduces the temperature of the cylindrical wall of the air heater and increases the reliability of its operation.

Расчеты воздухоподогревателей в предлагаемом конструктивном исполнении показывают, что по сравнению с прототипом температура стенки снижается на 120-150^oC, а габаритные размеры подогревателя при одинаковом тепловосприятии снижается в 1,8-2,0 раза.Calculations of air heaters in the proposed design show that, compared with the prototype, the wall temperature decreases by 120-150 ^o C, and the overall dimensions of the heater with the same heat reduction decreases by 1.8-2.0 times.

5. Из-за снижения температуры газов на выходе воздухоподогревателя на 300-500^oC существенно снижаются пылеунос в отходящих газах, что приводит к снижению выброса пыли и существенно улучшает экологическую ситуацию.5. Due to the decrease in the temperature of the gases at the outlet of the air heater by 300-500 ^o C significantly reduced dust in the exhaust gases, which leads to a reduction in dust emissions and significantly improves the environmental situation.

Claims

1. A radiant air heater containing two vertically arranged coaxial cylindrical shells, the annular space between which is sealed above and below, on the outer shell are pipes for supplying and discharging air, closed circuits from pipes are installed and fixed in holes in the walls of the inner shell of the heater filled with intermediate coolant, the axes of the lowering and lifting pipes of the circuits are parallel to the axis of the heater, the lowering pipes of the circuit are located inside annular space, and lifting in the gas channel, characterized in that the guide walls are installed in the annular space, closed circuits from the pipes are rigidly fixed, and the intermediate coolant is high temperature.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the lifting pipes are located on concentric circles.