RU2294487C2 - Method and device for heating air by flue gas - Google Patents
Method and device for heating air by flue gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2294487C2 RU2294487C2 RU2003131109/06A RU2003131109A RU2294487C2 RU 2294487 C2 RU2294487 C2 RU 2294487C2 RU 2003131109/06 A RU2003131109/06 A RU 2003131109/06A RU 2003131109 A RU2003131109 A RU 2003131109A RU 2294487 C2 RU2294487 C2 RU 2294487C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- flue gases
- gas
- stream
- inlet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Landscapes
- Air Supply (AREA)
- Chimneys And Flues (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к использованию тепла дымовых газов котельных агрегатов и промышленных печей при нагреве воздуха, подаваемого на горение.The present invention relates to a power system, namely to the use of flue gas heat from boiler units and industrial furnaces when heating the air supplied to combustion.
Известен способ нагрева воздуха дымовыми газами путем струйной подачи его на теплообменную поверхность в воздухоподогревателе, содержащем соединенные между собой и примыкающие к газоходу воздушные камеры, каждая из которых подключена к своему воздушному коллектору через перфорированную перегородку, установленную вдоль рабочей стенки (теплообменной поверхности) камеры на заданном расстоянии с отверстиями, расположенными в шахматном порядке [1].A known method of heating air with flue gases by jet supplying it to a heat exchange surface in an air heater containing interconnected and adjacent to the gas duct air chambers, each of which is connected to its air collector through a perforated partition installed along the working wall (heat exchange surface) of the chamber at a given distance with staggered holes [1].
Недостатками известного способа и устройства являются невозможность использования струйного распределения воздуха для повышения скорости теплообмена путем непосредственного контакта воздуха с дымовыми газами и их радиационного излучения, а также для снижения вредных примесей в дымовых газах, создание воздушными камерами промежуточного звена между дымовыми газами и системой подачи воздуха, наличие поверхности теплообмена, что увеличивает металлоемкость устройства и, соответственно, усложняет конструкцию и увеличивает коррозионный износ металла, увеличивает аэродинамическое сопротивление устройства, что снижает его надежность и эффективность.The disadvantages of the known method and device are the inability to use jet air distribution to increase the heat transfer rate by direct contact of air with flue gases and their radiation, as well as to reduce harmful impurities in flue gases, the creation by air chambers of an intermediate link between flue gases and the air supply system, the presence of a heat exchange surface, which increases the metal consumption of the device and, accordingly, complicates the design and increases the corrosion th metal wear increases the aerodynamic resistance of the device, which reduces its reliability and efficiency.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ нагрева воздуха продуктами сгорания (дымовыми газами), включающий передачу тепла нагреваемому воздуху, который подается в воздушный короб тангенциально с образованием цилиндрического вихря, от дымовых газов путем конвективной теплопередачи и радиации через теплообменную стенку короба, выполненную из металлической сетки, путем непосредственного контакта продольно двигающегося потока дымовых газов с воздушным цилиндрическим вихрем, осуществляемый в устройстве (рекуператоре), содержащем соосно установленные внутренний и наружный короба, образующие дымовой и воздушный каналы, разделенные теплообменной стенкой, выполненной из металлической сетки, причем воздушный короб снабжен тангенциально установленными входным и выходным патрубками [2].Closer in technical essence to the present invention is a method of heating air with combustion products (flue gases), comprising transferring heat to heated air, which is supplied tangentially to the air box with the formation of a cylindrical vortex, from flue gases by convective heat transfer and radiation through the heat exchange wall of the box, made from a metal mesh, by direct contact of a longitudinally moving stream of flue gases with an air cylindrical vortex, carried out in troystve (recuperator) comprising coaxially mounted inner and outer boxes forming the flue and the air channels separated by heat transfer wall made of metal mesh, and an air duct is provided with a tangentially mounted inlet and outlet [2].
Основными недостатками известного способа являются тангенциальный ввод и вывод воздуха в воздушную камеру, определяющий образование цилиндрического воздушного вихря в зоне контакта дымовых газов с воздушным потоком, образование газовых и воздушных вихрей на кромках ячеек сетки, обуславливающее интенсивное перемешивание газового и воздушного потоков и, соответственно, усреднение концентраций находящихся в них компонентов, отсутствие струйного распределения воздуха, уменьшающее поверхность контакта газового и воздушного потоков, что, в конечном счете, ограничивает температуру нагрева воздуха.The main disadvantages of this method are the tangential entry and exit of air into the air chamber, which determines the formation of a cylindrical air vortex in the zone of contact of the flue gas with the air flow, the formation of gas and air vortices at the edges of the mesh cells, which causes intensive mixing of the gas and air flows and, accordingly, averaging concentrations of the components contained in them, the absence of jet air distribution, reducing the contact surface of gas and air flows, h o, ultimately limits the heating air temperature.
Основными недостатками известного устройства являются тангенциальное размещение входного и выходного воздушных патрубков, наличие теплообменной стенки, выполненной из металлической сетки, разделяющей газовый и воздушный короба и подверженной интенсивному коррозионному износу, отсутствие конструкций для струйного распределения воздуха, что снижает эффективность и надежность работы устройства.The main disadvantages of the known device are the tangential placement of the inlet and outlet air pipes, the presence of a heat exchange wall made of a metal mesh separating the gas and air ducts and subject to intense corrosion wear, the absence of structures for air jet distribution, which reduces the efficiency and reliability of the device.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение перемешивания газового и воздушного потоков с одновременным увеличением температуры нагрева воздуха, а также повышение надежности и эффективности работы устройства.The technical problem to which the invention is directed is to reduce the mixing of gas and air flows while increasing the temperature of heating the air, as well as increasing the reliability and efficiency of the device.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ включает в себя передачу тепла нагреваемому воздуху при непосредственном контакте с продольно двигающимся потоком дымовых газов путем конвективной теплопередачи и радиации, причем поток воздуха распределен на входе в газовый короб на плоские струи, движущиеся параллельно друг к другу и газовому потоку в одном направлении с ним и увлекая его за собой, которые по ходу движения несколько раз сжимают с образованием вторичной струи и собирают в один поток на выходе из газового короба.The technical result is achieved by the fact that the proposed method includes the transfer of heat to heated air in direct contact with a longitudinally moving stream of flue gases by convective heat transfer and radiation, the air stream being distributed at the inlet of the gas box to flat jets moving parallel to each other and to the gas flow in one direction with it and dragging it along with it, which in the course of movement compress several times with the formation of a secondary jet and collect in one stream at the outlet of the gas oroba.
Устройство, реализующее указанный способ, включает газовый короб, входной и выходной воздушные патрубки, причем на входе дымовых газов в газовый короб через его днище от коллектора холодного воздуха пропущены патрубки холодного воздуха, заканчивающиеся щелевыми соплами холодного воздуха, размещенными параллельно друг к другу и направленными в сторону движения дымовых газов, соосно напротив каждого сопла холодного воздуха устроены промежуточные ловушки-конфузоры с входными сечениями, аналогичными сечению плоской струи, заканчивающиеся щелевыми промежуточными соплами, направленными в сторону движения дымовых газов, а на выходе дымовых газов из газового короба напротив каждого промежуточного сопла помещен ряд ловушек горячего воздуха с входными сечениями, аналогичными сечению ловушки-конфузора, соединенных через патрубки горячего воздуха с коллектором горячего воздуха.A device that implements this method includes a gas duct, air inlet and outlet, and at the entrance of the flue gases into the gas duct through its bottom from the cold air manifold, cold air nozzles are passed, ending in slotted cold air nozzles placed parallel to each other and directed to the side of the flue gas movement, coaxially opposite each cold air nozzle, intermediate confuser traps with inlet sections similar to the plane stream section are arranged, ending A series of slotted intermediate nozzles directed towards the movement of the flue gases, and at the exit of the flue gases from the gas duct opposite each intermediate nozzle, a series of hot air traps with inlet sections similar to the section of the confuser trap connected through hot air pipes to the hot air collector are placed.
Способ реализуется в устройстве, которое изображено на фиг.1-4.The method is implemented in the device, which is shown in figures 1-4.
Устройство содержит газовый короб 1, в начале которого от коллектора холодного воздуха 2 через днище пропущены патрубки холодного воздуха 3, заканчивающиеся щелевыми соплами холодного воздуха 4, размещенными параллельно друг к другу и направленными в сторону движения дымовых газов, устроенные соосно напротив каждого сопла холодного воздуха 4 промежуточные ловушки-конфузоры 5, заканчивающиеся промежуточными щелевыми соплами 6, а в конце газового короба 1 помещен ряд ловушек горячего воздуха 7, размещенных аналогично промежуточным ловушкам-конфузорам 5 и соединенных через патрубки горячего воздуха 8 с коллектором горячего воздуха 9.The device comprises a gas box 1, at the beginning of which
В основу прелагаемого способа положены свойства затопленной турбулентной струи воздуха, в частности плоской струи, которая, распространяясь в направлении истечения, перемешивается с окружающей газовой средой, причем перемешивание сопровождается вовлечением в воздушную струю масс газовой среды, сообщением периферийной части газовой среды движения, совпадающего с направлением струи. При этом, наряду с перемешиванием граничных слоев воздушной струи и газовой среды, происходит интенсивный теплообмен между ними, значительно превышающий скорость теплопередачи через стенку, так как в этом случае отсутствует термическое сопротивление стенки с загрязнениями и конвективный теплообмен осуществляется непосредственно между частицами воздуха и газа, а также начинает играть существенную роль лучистый теплообмен, что приводит к быстрому выравниванию температуры воздушной струи и газовой среды [3, с.326-339], [4, с.50-60]. Кроме того, частичное смешение воздуха с дымовыми газами и последующее использование полученной смеси для горения позволяет уменьшить содержание в дымовых газах NOx и SOx [5, с.457]. Для уменьшения перемешивания воздушной струи с дымовыми газами с одновременным обеспечением высокой температуры ее нагрева используется повторное сжатие одной и той же воздушной струи, что позволяет снизить градиент скорости на оси струи и, соответственно, примеси дымовых газов в ней [6, с.378].The proposed method is based on the properties of a flooded turbulent stream of air, in particular a flat stream, which, propagating in the direction of flow, mixes with the surrounding gas medium, and mixing is accompanied by the involvement of the masses of the gas medium, the message of the peripheral part of the gas medium moving in the same direction jets. At the same time, along with the mixing of the boundary layers of the air stream and the gas medium, intense heat exchange occurs between them, significantly exceeding the rate of heat transfer through the wall, since in this case there is no thermal resistance of the wall with contaminants and convective heat transfer is carried out directly between the air and gas particles, and also begins to play a significant role radiant heat transfer, which leads to a quick equalization of the temperature of the air stream and the gas environment [3, p. 326-339], [4, p. 50-60]. In addition, partial mixing of air with flue gases and the subsequent use of the resulting mixture for combustion can reduce the content of flue gases NO x and SO x [5, p. 457]. To reduce the mixing of an air stream with flue gases while ensuring a high temperature of its heating, re-compression of the same air stream is used, which allows to reduce the velocity gradient on the axis of the stream and, accordingly, the flue gas impurities in it [6, p. 378].
Предлагаемый способ для нагрева воздуха дымовыми газами осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом. Дымовые газы при разрежении, соответствующем режиму работы котельного агрегата или промышленной печи, поступают в газовый короб 1, куда также вентилятором высокого давления по коллектору холодного воздуха 2 через входные патрубки 3 из щелевых сопел 4, количество которых выбирается исходя из условия создания устойчивых плоских струй со скоростью воздуха, достаточной для последующих сжатий и образования повторных струй, воздух подают в виде параллельных плоских струй, нагреваемых со всех сторон движущимися дымовыми газами, увлекаемыми этими струями, которые далее попадают в промежуточные ловушки-конфузоры 5. При этом в пограничных слоях происходит частичное перемешивание и вовлечение в воздушные струи некоторой части дымовых газов, интенсивный конвективный и лучистый теплообмен между дымовыми газами и воздухом и, соответственно, быстрый нагрев воздушных струй и охлаждение дымовых газов. Нагретые до промежуточной температуры и частично смешанные с дымовыми газами воздушные струи в промежуточных ловушках-конфузорах 5, расстояние до которых Х определяется исходя из условий обеспечения достаточной кинетической энергии струи для повторного сжатия и истечения повторных струй при заданном промежуточном смешении и соответствующей ему температуре нагрева, сжимаются и истекают из промежуточных сопел 6 в виде повторных плоских струй. При этом площади входных сечений ловушек-конфузоров 5 должны соответствовать заданному расходу воздуха при скорости струи на расстоянии от сопла X, а площади сечений промежуточных сопел 6 - созданию устойчивых повторных плоских струй со скоростью воздуха, меньшей первоначальной струи, но достаточной для последующего сжатия и истечения, которые взаимодействуют с дымовыми газами аналогично вышеописанному. Нагретые до требуемой температуры воздушные струи с некоторой примесью дымовых газов, количество которых задают из требуемой рециркуляции, попадают в прямоугольные входные отверстия ловушек горячих струй 7, расположенных аналогично ловушкам-конфузорам 5, с площадью, соответствующей расходу горячего воздуха при скорости входа струи в ловушки 7, откуда, через выходные патрубки 8 и коллектор горячего воздуха 9, воздух подают для проведения процесса горения в топку котельного агрегата или промышленную печь, а охлажденные дымовые газы выходят из газового короба 1 со скоростью большей, чем на входе в него, что обусловлено передачей им части энергии воздушных струй.The proposed method for heating air with flue gases is carried out in the proposed device as follows. Flue gases at a vacuum corresponding to the operating mode of the boiler unit or industrial furnace, enter the gas box 1, where it is also a high-pressure fan through the
Эффективность предлагаемого способа и устройства можно проиллюстрировать на примере взаимодействия одной плоской струи воздуха с дымовыми газами.The effectiveness of the proposed method and device can be illustrated by the example of the interaction of one plane stream of air with flue gases.
Исходные данные:Initial data:
Скорость движения дымовых газов в коробе 1, uн=10 м/с;The velocity of the flue gases in the box 1, u n = 10 m / s;
Скорость истечения воздуха из сопла 4, 6, uо=60 м/с;The velocity of the outflow of air from the
Температура горячих дымовых газов, tг=170°C;The temperature of the hot flue gas, t g = 170 ° C;
Температура холодного воздуха, tхв=25°С:Cold air temperature, t hv = 25 ° С:
Концентрация дымовых газов в горячем воздухе - 20 об.%;The concentration of flue gases in hot air is 20 vol.%;
Ширина выходной щели сопла 4, 6, 2В=0,02 м.The width of the exit slit of the
РешениеDecision
Расчет параметров воздушной струи, концентрации в ней примеси (дымовых газов), температуры горячего воздуха проводили по уравнениям, приведенным в литературе [4, с.52-53], [6, с.374-380].The calculation of the parameters of the air stream, the concentration of impurities (flue gases), the temperature of hot air was carried out according to the equations given in the literature [4, p.52-53], [6, p.374-380].
Нижние пределы длины струиLower jet length limits
где Where
m=2,62; n=2,49 - комплексные коэффициенты.m = 2.62; n = 2.49 - complex coefficients.
Осевая температура струи на входе в ловушку 5, 7The axial temperature of the jet at the entrance to the
где Where
θ0 - осевая температура струи на выходе из сопла 4, 6,°С.θ 0 is the axial temperature of the jet at the exit of the
Осевая скорость на входе в ловушку 5, 7Axial velocity at the entrance to the
Изменение концентрации примеси дымовых газов в струе на расстоянии ХThe change in the concentration of flue gas impurities in the jet at a distance X
где Where
- безразмерная концентрация воздуха в струе на расстоянии X; - dimensionless concentration of air in the stream at a distance X;
, где where
- безразмерное измененние скорости струи относительно газовой среды на расстоянии X; - dimensionless variation of the jet velocity relative to the gaseous medium at a distance X;
где Where
где Where
- безразмерное изменение скорости струи на расстоянии X; - dimensionless variation of the jet velocity at a distance X;
Результаты расчета при длине струи Х=0,15 м (Хmin(m)=0,137 м, Xmin(n)=0,124 м) приведены в табл.The calculation results with a jet length of X = 0.15 m (X min (m) = 0.137 m, X min (n) = 0.124 m) are given in table.
Таким образом, при заданной концентрации дымовых газов в горячем воздухе (20 об.%) воздух можно нагреть от 25°С до 80°С (дымовые газы при этом охлаждаются от 170°С до 120°С), используя 4-кратное промежуточное сжатие струи.Thus, at a given concentration of flue gases in hot air (20 vol.%), Air can be heated from 25 ° C to 80 ° C (the flue gases are cooled from 170 ° C to 120 ° C) using 4-fold intermediate compression jets.
Для аналогичных условий был проведен расчет нагрева воздушной струи от 25°С до 80°С без промежуточного сжатия. При этом были получены следующие результаты:For similar conditions, we calculated the heating of the air stream from 25 ° C to 80 ° C without intermediate compression. The following results were obtained:
Длина струи, Х=0,32 м;The length of the jet, X = 0.32 m;
Концентрация дымовых газов - 42 об.%.The concentration of flue gases is 42 vol.%.
Сравнение результатов расчета показывает, что повторное сжатие воздушной струи позволяет в несколько раз снизить концентрацию примеси (дымовых газов) при одной и той же температуре нагрева воздуха.Comparison of the calculation results shows that re-compression of the air stream allows several times to reduce the concentration of impurities (flue gases) at the same temperature of heating the air.
Таким образом, предлагаемый способ нагрева воздуха дымовыми газами и устройство для его осуществления позволяют уменьшить перемешивание газового и воздушного потоков с одновременным увеличением температуры нагрева воздуха и, следовательно, повысить качество получаемого горячего воздуха, экологические показатели охлажденных дымовых газов, уменьшить коррозионный износ металла, снизить аэродинамическое сопротивление устройства и, в конечном счете, увеличить его надежность и эффективность.Thus, the proposed method of heating air with flue gases and a device for its implementation can reduce the mixing of gas and air flows with a simultaneous increase in the temperature of heating the air and, therefore, improve the quality of hot air, environmental performance of cooled flue gases, reduce corrosion of metal, reduce aerodynamic device resistance and, ultimately, increase its reliability and efficiency.
ЛитератураLiterature
1. А.с. СССР №964356, М кл. F 23 L 15/04,1982.1. A.S. USSR No. 964356, M class. F 23 L 15/04/1982.
2. А.с. СССР №1370372, М кл. F 23 L 15/04, 1988.2. A.S. USSR No. 1370372, M class. F 23 L 15/04, 1988.
3. А.Д.Альтшуль и др. Гидродинамика и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1983, 415 с.3. A. D. Altshul et al. Hydrodynamics and aerodynamics. - M.: Stroyizdat, 1983, 415 p.
4. И.А.Шепелев. Аэродинамика воздушных потоков в помещении. - М.: 4 Стройиздат, 1978, 145 с.4. I.A. Shepelev. Aerodynamics of air flows indoors. - M.: 4 Stroyizdat, 1978, 145 p.
5. Г.М.Делягин и др. Теплогенерирующие установки. - М.: Стройиздат, 1986, 560 с.5. G. M. Delyagin and others. Heat-generating installations. - M.: Stroyizdat, 1986, 560 p.
6. Г.Н.Абрамович. Прикладная газовая динамика. - Наука, 1976, 888 с.6. G.N. Abramovich. Applied gas dynamics. - Science, 1976, 888 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131109/06A RU2294487C2 (en) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | Method and device for heating air by flue gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131109/06A RU2294487C2 (en) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | Method and device for heating air by flue gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003131109A RU2003131109A (en) | 2005-04-10 |
RU2294487C2 true RU2294487C2 (en) | 2007-02-27 |
Family
ID=35611504
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003131109/06A RU2294487C2 (en) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | Method and device for heating air by flue gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2294487C2 (en) |
-
2003
- 2003-10-22 RU RU2003131109/06A patent/RU2294487C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003131109A (en) | 2005-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1751486B1 (en) | Heat exchanger | |
KR890016692A (en) | Heat treatment and / or drying apparatus of web material passing continuously | |
CN101230985B (en) | Process for operating a thermal generator set with a coal-fired boiler as well as a thermal generator set | |
CN103814109A (en) | Coke dry quenching facility | |
US3908628A (en) | Jet impingement recuperator | |
FI75661C (en) | Process and apparatus for reheating sulfur-purified smoke gases. | |
RU2294487C2 (en) | Method and device for heating air by flue gas | |
JP2986982B2 (en) | Small gas fired air heater | |
RU2484405C1 (en) | Heat exchanger | |
CA2215966A1 (en) | Arrangement for indirectly transferring heat to a process medium | |
RU2362090C1 (en) | Contact jet heater | |
CA2115434A1 (en) | Method and device in the cooling of the circulating material in a fluidized-bed boiler | |
RU2230258C1 (en) | Smoke suction jet-type air heater | |
US1974876A (en) | Heat exchanger | |
SU1267115A1 (en) | Recuperator | |
RU2569550C2 (en) | Air cleaning in different-temperature condensation chamber | |
RU187793U1 (en) | Dual flow cross-precision recuperator | |
SU1689455A1 (en) | Once-through temperature-gradient oven for thermal treatment of fibrous material | |
RU2168121C1 (en) | Process heater | |
RU2039317C1 (en) | Boiler-utilizer | |
RU2090810C1 (en) | Oil heating furnace | |
KR870003366A (en) | Incineration system | |
RU53423U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE | |
RU2084766C1 (en) | Recuperator | |
RU2160421C1 (en) | Heat exchanging apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |