RU2232365C1

RU2232365C1 - Heat removal jacket

Info

Publication number: RU2232365C1
Application number: RU2003100846/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Рынейский (RU); В.А. Рынейский; Г.А. Портнова (RU); Г.А. Портнова
Original assignee: Рынейский Вадим Анатольевич; Портнова Галина Александровна
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-07-10

Abstract

FIELD: equipment for thermal units; furnaces for burning solid domestic wastes.

SUBSTANCE: proposed heat removal jacket is secured on inner walls of thermal units such as furnaces for burning solid domestic wastes. Proposed jacket is made from copper and steel plates soldered together over ribs located on inner surface of copper plate, thus forming passages and ribbed surface; passages extend to recesses located on opposite sides of this plate forming collectors together with inner surface of steel plate; outer surface of copper plate is provided with layer of protective coat; collectors of jacket are connected with cooling agent inlet and outlet branch pipes; inner surface of copper plate is provided with rib which is closed over periphery; recesses for inlet and outlet of passages have varying width; widened parts of these recesses are located diametrically; inner surface of steel plate is provided with groove which is closed over contour and is engageable with peripheral rib of copper plate, as well as grooves forming ribbed surface and engageable with ribs of copper plate; outlets of these grooves form smooth sections of varying width on both sides of plate; shape and location of these sections are identical to recesses found on copper plate; widened sections of these sections have holes of different diameters with axes perpendicular to it; connected to these holes on outer side of plate are branch pipes; connection is made mainly by welding; cooling agent outlet branch pipe is connected to hole of larger diameter and inlet branch pipe is connected to hole of lesser diameter.

EFFECT: maximum removal of heat from hot gases; enhanced protection and cooling of inner surface of unit; increased service life of cooling jacket.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию тепловых агрегатов, преимущественно печей для сжигания твердых бытовых отходов, в частности к конструкции теплоотводящего кессона.The invention relates to the equipment of thermal units, mainly furnaces for the incineration of municipal solid waste, in particular, to the design of a heat sink box.

Известна конструкция кессона, предназначенного для закрепления его на внутренней поверхности стенок и сводов печей для сжигания твердых отходов с целью отвода от них тепла при температурах 1400-1500°С в агрессивных средах в течение длительного времени. Кессон представляет собой соединенные между собой пайкой медную и стальную пластины, причем медная - выполнена с каналами на ее внутренней поверхности, образующими ребра, и коллекторами, связанными с патрубками для входа и выхода хладагента, а наружная поверхность этой пластины содержит никельхромовое защитное покрытие (патент РФ №2100728).A known design of the caisson, designed to fix it on the inner surface of the walls and arches of furnaces for burning solid waste in order to remove heat from them at temperatures of 1400-1500 ° C in aggressive environments for a long time. The caisson is a copper and steel plate interconnected by soldering, and the copper one is made with channels on its inner surface forming ribs and collectors connected to the refrigerant inlet and outlet pipes, and the outer surface of this plate contains a nickel-chromium protective coating (RF patent No. 2100728).

Известная конструкция кессона при ее использовании способствует повышению степени охлаждения медной пластины, а защитное покрытие предохраняет кессон от воздействия агрессивных раскаленных отходящих газов печи.The well-known caisson construction, when used, contributes to an increase in the degree of cooling of the copper plate, and the protective coating protects the caisson from the effects of aggressive hot furnace exhaust gases.

Однако наличие на стальной пластине плоской внутренней поверхности может привести при пайке пластин к образованию неспаев в местах соприкосновения с ребрами медной пластины, особенно в их периферийных участках, что влечет за собой возможную протечку хладагента. Кроме того, выполнение коллекторов входа и выхода хладагента одинаковой ширины по всей их длине способствует возникновению неравномерности температуры по каналам кессона вследствие различия на них перепадов давлений и скоростей потоков хладагента. Выполнение патрубков входа и выхода одинакового диаметра способствует снижению скоростей потока хладагента в канале из-за нарастания противодавления в коллекторе выхода от нагрева и объемного расширения хладагента, что может привести к короблению кессона и ухудшению им теплосъема. Расположение патрубков в плоскости кессона приводит к увеличению его толщины и металлоемкости, а также усложняет монтаж при установке нескольких кессонов на поверхности печи. Кроме того, в описании патента отсутствует изложение методов закрепления кессона на внутренней поверхности печи и подсоединения к его патрубкам коммуникаций хладагента, что не позволяет судить о его успешной промышленной применимости.However, the presence of a flat inner surface on the steel plate can lead to the formation of nonsense when soldering the plates at the points of contact with the edges of the copper plate, especially in their peripheral areas, which entails a possible leakage of refrigerant. In addition, the implementation of the collectors of the inlet and outlet of the refrigerant of the same width along their entire length contributes to the occurrence of uneven temperature along the channels of the caisson due to differences in pressure drops and flow rates of the refrigerant. The implementation of the inlet and outlet nozzles of the same diameter helps to reduce the flow rates of the refrigerant in the channel due to the increase in back pressure in the exhaust manifold due to heating and volume expansion of the refrigerant, which can lead to warpage of the box and deterioration of its heat removal. The location of the nozzles in the plane of the caisson leads to an increase in its thickness and metal consumption, and also complicates the installation when installing several caissons on the surface of the furnace. In addition, in the description of the patent there is no description of the methods of fixing the caisson on the inner surface of the furnace and connecting refrigerant communications to its nozzles, which does not allow us to judge its successful industrial applicability.

Задача изобретения - создание конструкции теплоотводящего кессона, при использовании которого в тепловых агрегатах возможно достижение высокого ресурса его работы при относительно низкой трудоемкости монтажа и демонтажа, а также обеспечение им максимально высокого теплосъема от горячих газов и защиты от них поверхности печи.The objective of the invention is the creation of a design of a heat-removing caisson, using which in thermal units it is possible to achieve a high resource of its work with a relatively low complexity of installation and dismantling, as well as providing them with the highest possible heat removal from hot gases and protecting the furnace surface from them.

Согласно изобретению задача решена за счет того, что кессон выполнен в виде спаянных между собой медной и стальной пластин по ребрам, расположенным на внутренней поверхности медной пластины с образованием каналов и ребристой поверхности, причем каналы имеют выходы в углубления, расположенные с противоположных сторон этой пластины, образуя коллекторы с внутренней плоской поверхностью стальной пластины, и выполнены с переменной шириной, при этом расширенные места этих углублений расположены диаметрально. На этой же поверхности по ее контуру выполнено замкнутое периферийное ребро, а на наружной гладкой поверхности расположен слой никельхромового защитного покрытия. Стальная пластина на внутренней своей поверхности имеет канавку, замкнутую по контуру и соприкасающуюся с периферийным ребром медной пластины, а также канавки, образующие ребристую поверхность и сопрягаемые с ребрами медной пластины, причем выходы этих канавок с обеих сторон пластины образуют гладкие участки переменной ширины, идентичные по форме и расположению углублениям на медной пластине; в расширенных местах этих участков расположены отверстия разного диаметра с осями, перпендикулярными к ней, с наружной стороны пластины к этим отверстиям присоединены, преимущественно сваркой, патрубки, причем к отверстию большего диаметра присоединен патрубок для выхода хладагента, а к отверстию меньшего - патрубок для его входа. Отверстия с наружной стороны стальной пластины выполнены с расточками, имеющими сквозные пазы с выходом на ее боковую сторону. Патрубки выполнены с заплечиками, упирающимися в расточки отверстий. Сварные швы вокруг патрубков утоплены в расточках ниже наружной стороны стальной пластины.According to the invention, the problem is solved due to the fact that the caisson is made in the form of brazed copper and steel plates along the ribs located on the inner surface of the copper plate with the formation of channels and a ribbed surface, and the channels have exits into recesses located on opposite sides of this plate, forming collectors with an inner flat surface of the steel plate, and are made with a variable width, while the extended places of these recesses are located diametrically. On the same surface, a closed peripheral rib is made along its contour, and a layer of nickel-chromium protective coating is located on the outer smooth surface. The steel plate on its inner surface has a groove closed along the contour and in contact with the peripheral edge of the copper plate, as well as grooves forming a ribbed surface and mating with the edges of the copper plate, and the outputs of these grooves on both sides of the plate form smooth sections of variable width, identical in the shape and location of the recesses on the copper plate; in the expanded places of these sections there are holes of different diameters with axes perpendicular to it, on the outside of the plate, pipes are connected to these holes, mainly by welding, with a pipe for the exit of the refrigerant connected to a hole of a larger diameter, and a pipe for its entrance to a smaller hole . The holes on the outside of the steel plate are made with bores having through grooves with access to its side. The nozzles are made with shoulders resting against the bores of the holes. Welds around the nozzles are recessed in bores below the outside of the steel plate.

Технический результат - достижение максимально возможного теплосъема от раскаленных газов, увеличение степени защиты и охлаждения внутренней поверхности агрегата, снижение металлоемкости кессона, повышение его ресурса работы, упрощение процессов монтажа и демонтажа кессонов, а также подключение к ним коммуникаций хладагента - воды.The technical result is the achievement of the maximum possible heat removal from hot gases, an increase in the degree of protection and cooling of the internal surface of the unit, a decrease in the metal consumption of the caisson, an increase in its service life, simplification of the processes of installation and dismantling of the caissons, and the connection of refrigerant-water communications to them.

На фиг.1 изображен общий вид кессона; на фиг.2 - боковая проекция с разрезом по А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1.Figure 1 shows a General view of the caisson; figure 2 is a side projection with a section along aa of figure 1; figure 3 is a section along BB of figure 1.

Кессон содержит спаянные между собой по внутренним поверхностям медную пластину 1 и стальную пластину 2, а также патрубок 3 для входа хладагента и патрубок 4 - для его выхода. Внутренняя поверхность медной пластины 1 имеет периферийное ребро 5 (фиг.2), замкнутое по ее контуру, а на противоположных сторонах - продольные углубления 6 переменной ширины, идентичные по форме и образующие в кессоне коллекторы 6-а и 6-б (фиг.1 и 3), соответствующие входу и выходу хладагента, причем расширенные их места расположены диаметрально. Между углублениями 6 расположены параллельные каналы 7 с выходами в них, образующие ребристую поверхность с ребрами 7-а. Наружная гладкая поверхность медной пластины 1 содержит слой 8 защитного покрытия. Внутренняя поверхность стальной пластины 2 имеет замкнутую по контуру канавку 9 заданной глубины, в которой расположено периферийное ребро 5 пластины 1, а также параллельно расположенные канавки 10, образующие ребристую поверхность и сопрягаемые с ребрами 7-а медной пластины 1 через паяные соединения 11. Наличие канавки 9 на стальной пластине 2, сопряженной с периферийным ребром 5 на медной пластине 1 по всему контуру кессона, позволяет увеличить его прочность и исключить протечки наружу хладагента при его эксплуатации, а наличие канавок 10, сопрягаемых с ребрами 7, не позволяет припою, расположенному между ними, растекаться в процессе пайки по всей плоскости стальной пластины 2, что способствует повышению прочности и герметичности кессона. Канавки 10 имеют плавные выходы на внутреннюю плоскость с обеих сторон, образуя на ней гладкие участки переменной ширины, по форме и расположению идентичные углублениям 6 медной пластины 1. В расширенных местах гладких участков перпендикулярно к ним расположены отверстия 12 и 13 разного диаметра, имеющие с наружной стороны пластины 2 расточки 14 и сквозные пазы 15, выходящие на боковые стороны этой пластины (фиг.3). В отверстия 12, 13 со стороны расточек 14 соосно с ними приварены патрубки 3, 4, причем к отверстию 13 меньшего диаметра - патрубок 3 для входа хладагента, к отверстию 12 большего диаметра - патрубок 4 для его выхода. Патрубки 3, 4 приварены к отверстиям 12, 13 так, что образованные кольцевые швы 16 утоплены в расточках 14, т.е. их вершины не выступают над наружной поверхностью стальной пластины 2. Патрубки 3, 4, помимо своего прямого назначения, могут выполнять функции установочных и крепежных элементов кессона при монтаже его на внутренних поверхностях агрегата.The caisson contains a copper plate 1 and a steel plate 2 welded together along the internal surfaces, as well as a pipe 3 for refrigerant inlet and a pipe 4 for its outlet. The inner surface of the copper plate 1 has a peripheral rib 5 (figure 2), closed along its contour, and on opposite sides - longitudinal recesses 6 of variable width, identical in shape and forming collectors 6-a and 6-b in the caisson (figure 1) and 3) corresponding to the inlet and outlet of the refrigerant, and their expanded places are located diametrically. Between the recesses 6 are parallel channels 7 with exits into them, forming a ribbed surface with ribs 7-a. The smooth outer surface of the copper plate 1 comprises a protective coating layer 8. The inner surface of the steel plate 2 has a closed groove 9 of a given depth, in which the peripheral rib 5 of the plate 1 is located, as well as grooves 10 located in parallel, forming a ribbed surface and mating with the ribs 7-a of the copper plate 1 through soldered joints 11. The presence of a groove 9 on a steel plate 2, conjugated with a peripheral rib 5 on a copper plate 1 along the entire circuit of the caisson, allows to increase its strength and to prevent leaking out the refrigerant during its operation, and the presence of grooves 10, sop yagaemyh with ribs 7 prevents solder located therebetween, a flow soldering process across the plane of the steel plate 2, which contributes to the strength and integrity of the box. The grooves 10 have smooth exits to the inner plane on both sides, forming smooth sections of variable width on it, identical in shape and arrangement to the recesses 6 of the copper plate 1. In the expanded areas of the smooth sections, holes 12 and 13 of different diameters are located perpendicular to them, having an outer diameter the sides of the plate 2 of the bore 14 and the through grooves 15 extending to the sides of this plate (figure 3). Pipes 3, 4 are welded coaxially to the holes 12, 13 from the side of the bore 14, and a pipe 3 for the refrigerant inlet is welded to the hole 13 of a smaller diameter, and a pipe 4 for its outlet to the hole 12 of a larger diameter. The nozzles 3, 4 are welded to the holes 12, 13 so that the formed annular seams 16 are recessed in the bores 14, i.e. their peaks do not protrude above the outer surface of the steel plate 2. Pipes 3, 4, in addition to their direct purpose, can serve as installation and fastening elements of the caisson when mounting it on the internal surfaces of the unit.

Изготовленные теплоотводящие кессоны методом пайки медной и стальной пластин 1, 2 могут быть использованы для сплошной облицовки внутренней поверхности теплового агрегата. Для этого вводят патрубки 3, 4 каждого кессона в соответствующую пару отверстий на его поверхности. Кессоны располагают вплотную друг к другу их боковыми сторонами и закрепляют их за патрубки, причем плоскость каждого кессона плотно прижимают к стенке агрегата. Далее к их патрубкам 3, 4 подсоединяют магистрали подачи и слива хладагента, например воды.The manufactured heat sink caissons by the method of soldering copper and steel plates 1, 2 can be used for continuous lining of the inner surface of a thermal unit. For this, pipes 3, 4 of each caisson are introduced into the corresponding pair of holes on its surface. The caissons are placed close to each other by their sides and fasten them to the nozzles, and the plane of each caisson is pressed tightly against the unit wall. Next to their pipes 3, 4 connect the supply and drain lines of refrigerant, such as water.

Каждый из закрепленных кессонов работает следующим образом.Each of the fixed caissons works as follows.

В патрубки 3 входа падают хладагент - воду (одновременно во все кессоны). Попадая в коллектор 6-а входа, она движется вдоль него сплошным потоком, распределяясь по параллельным каналам 7. По мере удаления от входа количество воды убывает, вследствие ухода в близлежащие каналы, но, благодаря переменному проходному сечению (ширине) коллектора 6-а, напор на входе в каждом последующем канале и расход через него сохраняется одинаковым. Поскольку коллекторы 6-а и 6-б входа и выхода воды выполнены идентичными, обеспечивается одинаковое противодавление на выходах всех каналов 7 и одинаковая скорость воды в них.Refrigerant - water (in all caissons) falls into the nozzles 3 of the inlet. Getting into the collector of the 6th entrance, it moves along it in a continuous stream, distributed along parallel channels 7. As you move away from the entrance, the amount of water decreases, due to leaving in nearby channels, but due to the variable passage section (width) of the 6-a collector, the pressure at the inlet in each subsequent channel and the flow through it remains the same. Since the collectors 6-a and 6-b of the water inlet and outlet are identical, the same backpressure at the outputs of all channels 7 and the same water velocity in them are ensured.

Далее начинают разогрев агрегата и при достижении в нем заданной температуры расход и напор воды устанавливают оптимальным, например, обеспечивающий создание температуры ее на выходе, близкой к 100°С, для возможного дальнейшего использования. По мере разогрева отходящих газов, например в результате сжигания твердых отходов в печи, теплосъем кессонами увеличивается, поток воды в коллекторах 6-б выхода также увеличивается за счет ее расширения при нагреве. Однако выполнение патрубка 4 на выходе воды большего диаметра по сравнению с патрубком 3 входа исключает возможность увеличения противодавления в кессонах, снижения скоростей потоков воды в каналах 7 и ее перегрева. Это обстоятельство обеспечивает равномерный нагрев кессонов, что исключает их коробление и повышает теплосъем. Величины напора и расхода воды в зависимости от температуры ее на выходе могут автоматически регулироваться в процессе работы агрегата. Наличие на поверхности медных пластин 1 кессонов слоя защитного покрытия позволяет избежать их окисления и разрушения от воздействия агрессивных отходящих газов. В случае разрушения или неполадок в работе кессона он легко может быть демонтирован и заменен новым в течение короткого времени.Then, the unit starts heating up and when it reaches the set temperature, the flow rate and pressure of the water are set optimal, for example, ensuring the creation of its outlet temperature close to 100 ° C for possible further use. As the exhaust gases are heated, for example, as a result of burning solid waste in the furnace, the heat removal by caissons increases, the flow of water in the 6-outlet collectors also increases due to its expansion during heating. However, the implementation of the pipe 4 at the outlet of the water with a larger diameter in comparison with the pipe 3 of the inlet eliminates the possibility of increasing the back pressure in the caissons, reducing the flow rates of the water in the channels 7 and its overheating. This circumstance ensures uniform heating of the caissons, which eliminates their warping and increases heat removal. The pressure and water flow depending on its outlet temperature can be automatically adjusted during operation of the unit. The presence on the surface of copper plates of 1 caisson layer of a protective coating allows you to avoid their oxidation and destruction from exposure to aggressive exhaust gases. In case of destruction or malfunction of the caisson, it can easily be dismantled and replaced with a new one in a short time.

Поскольку предложенный кессон не только отводит тепло от внутренних стенок агрегатов, но и от горячих газов, то он может быть использован в различных устройствах, связанных с подогревом жидкости (воды), например в тепловых котлах, когда требуется использовать тепло от горячих газов для нагрева жидкости.Since the proposed caisson not only removes heat from the internal walls of the units, but also from hot gases, it can be used in various devices associated with heating the liquid (water), for example, in thermal boilers, when it is required to use heat from hot gases to heat the liquid .

Claims

1. A heat sink box designed to be fixed on the inner walls of thermal units, mainly furnaces for burning household waste, made in the form of copper and steel plates welded together along fins located on the inner surface of the copper plate with the formation of channels and a ribbed surface, the channels being made with exits into recesses located on opposite sides of this plate and forming collectors with the inner surface of the steel plate, the outer surface of the copper plate it contains a protective coating layer, the caisson collectors are connected to the refrigerant inlet and outlet nozzles, characterized in that the copper plate on its inner surface has a rib closed at the periphery, and the recesses for the inlet and outlet of the channels are made with a variable width, and the extended places of these recesses are located diametrically; the steel plate on its inner surface has a groove closed along the contour and in contact with the peripheral edge of the copper plate, as well as grooves forming a ribbed surface and mating with the edges of the copper plate, and the outputs of these grooves on both sides of the plate form smooth sections of variable width, identical in the shape and location of the recesses on the copper plate, in the expanded places of these sections are holes of different diameters with axes perpendicular to it; on the outside of the plate, the nozzles are predominantly connected to these holes by welding, with a nozzle for refrigerant outlet connected to a larger diameter hole, and a nozzle for its inlet to a smaller hole.

2. The heat-releasing caisson according to claim 1, characterized in that the grooves of the steel plate are made with a smooth exit to its surface.

3. The heat-releasing caisson according to claim 1 or 2, characterized in that the holes on the steel plate are made with bores on its outer surface, having through grooves with access to its side.

4. The heat sink box according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the welds around the nozzles are located in the bores below the outside of the steel plate.