RU2338141C1 - Installation for recovery of waste furnace gas heat - Google Patents

Installation for recovery of waste furnace gas heat Download PDF

Info

Publication number
RU2338141C1
RU2338141C1 RU2007100840/02A RU2007100840A RU2338141C1 RU 2338141 C1 RU2338141 C1 RU 2338141C1 RU 2007100840/02 A RU2007100840/02 A RU 2007100840/02A RU 2007100840 A RU2007100840 A RU 2007100840A RU 2338141 C1 RU2338141 C1 RU 2338141C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
engine
heating
insulated channel
installation
Prior art date
Application number
RU2007100840/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007100840A (en
Inventor
Анатолий Григорьевич Попов (RU)
Анатолий Григорьевич Попов
Дмитрий Анатольевич Попов (RU)
Дмитрий Анатольевич Попов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2007100840/02A priority Critical patent/RU2338141C1/en
Publication of RU2007100840A publication Critical patent/RU2007100840A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2338141C1 publication Critical patent/RU2338141C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention is related to installation of waste furnace gas heat. Installation contains heating furnace with working chamber, in which fuel burners are installed, as well as heat-insulated channel with heat-exchanging tubes, along internal surface of which combustion products are removed from furnace working chamber, at that part of internal surface of heat-insulated channel is formed by engine cylinder with external heat supply, with which heat-exchanging tubes are connected. Being installed on internal surface of heat-insulated channel, cylinder and heat-exchanging tubes remove heat from high-temperature waste furnace gas to working body of engine with external supply of heat, in which heat is transformed into mechanical energy with high efficiency factor. Ribbing of engine cylinder surface intensifies the process of heat removal from waste furnace gas and promotes increase of power and efficiency factor of engine.
EFFECT: provision of more efficient usage of fuel combustion heat in heating and thermal furnaces of forge production.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к термическому оборудованию, в частности к установкам утилизации тепла отходящих газов нагревательных и термических печей в кузнечно-штамповочном производстве.The invention relates to thermal equipment, in particular to installations for the utilization of heat of exhaust gases from heating and thermal furnaces in forging and stamping.

Известны устройства для использования тепла отходящих печных газов в теплообменнике (рекуператоре), установленном в газоотводящем тракте, на нагрев воздуха, поступающего в топливные горелки нагревательных печей [Немзер Г.Г. Теплотехнология кузнечно-прессового производства. - Л.: Машиностроение, 1988, с.208-210]. Эффективность использования тепла отходящих газов в рекуператорах не превышает 20-30%, ограничена предельной температурой нагрева воздуха для топливных горелок и не может использоваться при пуске и остановке пламенных печей.Known devices for using the heat of the exhaust furnace gases in a heat exchanger (recuperator) installed in the exhaust duct to heat the air entering the fuel burners of the heating furnaces [G. Nemzer Thermotechnology of forging and pressing production. - L .: Mechanical Engineering, 1988, p.208-210]. The efficiency of using the heat of the exhaust gases in the recuperators does not exceed 20-30%, is limited by the limiting temperature of air heating for fuel burners and cannot be used when starting and stopping flame furnaces.

В качестве прототипа принято устройство охлаждения и утилизации тепла отходящих из печи газов [Патент РФ №2082929, МПК F27D 17/00, опубл. 27.05.2003, Бюл. №15], содержащее нагревательную печь, отводящий продукты сгорания канал с теплообменниками, в которых циркулирует жидкометаллический теплоноситель (жидкий натрий), пароводяной контур с паротурбинной установкой и парогенератором, нагреваемым жидкометаллическим теплоносителем. Жидкометаллический теплоноситель позволяет производить отвод тепла при высокой температуре, получать в парогенераторе пар с высокими термодинамическими параметрами и обеспечить работу паротурбинной установки с высоким к.п.д. Однако данное устройство охлаждения и утилизации тепла обладает сложной конструкцией и низкой эффективностью работы в небольших пламенных нагревательных и термических печах, расположенных на значительных расстояниях друг от друга в кузнечно-штамповочном производстве. Периодический режим работы нагревательных термических печей также приводит к дополнительным затратам энергоресурсов при запуске и остановке известного устройства и дополнительному снижению его к.п.д.As a prototype, a device has been adopted for cooling and utilizing the heat of the exhaust gases from the furnace [RF Patent No. 2082929, IPC F27D 17/00, publ. 05/27/2003, Bull. No. 15], comprising a heating furnace, a channel that removes combustion products from a heat exchanger in which a liquid metal coolant (liquid sodium) circulates, a steam-water circuit with a steam turbine installation and a steam generator heated by a liquid metal coolant. The liquid metal coolant allows heat to be removed at high temperature, to obtain steam with high thermodynamic parameters in the steam generator, and to ensure the operation of the steam turbine unit with high efficiency However, this cooling and heat recovery device has a complex structure and low efficiency in small flame heating and thermal furnaces located at significant distances from each other in the forging and stamping industry. The periodic mode of operation of heating thermal furnaces also leads to additional energy costs when starting and stopping a known device and further reducing its efficiency

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности установок утилизации тепла отходящих печных газов, работающих с нагревательными и термическими печами кузнечно-штамповочного производства в условиях периодического отключения печей по технологическим причинам.The technical result of the invention is to increase the efficiency of heat recovery installations of exhaust furnace gases operating with heating and thermal furnaces of forging and stamping production under conditions of periodic shutdown of furnaces for technological reasons.

Для достижения технического результата в предлагаемой установке утилизации тепла отходящих печных газов, содержащей нагревательную печь с рабочей камерой с топливными горелками, теплоизолированный канал с теплообменными трубами нагревателя, по которому удаляются продукты сгорания из рабочей камеры печи, в начальной части внутренней поверхности теплоизолированного канала расположен цилиндр с поршнем двигателя с внешним подводом тепла, который соединен с теплообменными трубами для обеспечения движения рабочего тела в них. При этом поверхность цилиндра двигателя, находящаяся в теплоизолированном канале, выполнена с оребрением.To achieve a technical result in the proposed installation of heat recovery of exhaust gas of a furnace containing a heating furnace with a working chamber with fuel burners, a heat-insulated channel with heat-exchange pipes of the heater through which combustion products are removed from the furnace, in the initial part of the inner surface of the heat-insulated channel there is a cylinder with an engine piston with an external heat supply, which is connected to heat exchange pipes to ensure the movement of the working fluid in them. In this case, the surface of the engine cylinder located in the heat-insulated channel is made with fins.

На фиг.1 представлена схема установки утилизации тепла отходящих печных газов.Figure 1 presents the installation diagram of the heat recovery of flue gases.

На фиг.2 приведен разрез, показывающий теплоизоляционный канал нагревательной печи с цилиндром двигателя с внешним подводом тепла, теплообменными трубами нагревателя и оребрением.FIG. 2 is a sectional view showing a heat-insulating channel of a heating furnace with an engine cylinder with external heat input, heater heat exchange tubes, and fins.

Установка утилизации тепла отходящих печных газов состоит из нагревательной печи 1 с теплоизолированной рабочей камерой 2, в которой установлены топливные горелки 3. В рабочей камере 2 на загрузочном столе 4 размещаются нагреваемые заготовки 5. В своде 6 нагревательной печи 1 выполнен теплоизолированный канал 7, по внутренней поверхности 8 которого отходящие печные газы в виде продуктов сгорания удаляются из рабочей камеры 2 печи. В начальной части теплоизолированного канала 7, примыкающей к рабочей камере 2, на внутренней поверхности 8 расположен цилиндр 9 и теплообменные трубы 10 нагревателя, сообщающие цилиндр 9 и регенератор двигателя 11 с внешним подводом тепла. Цилиндр 9 содержит поршень 12, за счет перемещения которого осуществляется движение рабочего тела (газа) в теплообменных трубах 10. Для интенсификации нагрева рабочего тела (газа) поверхность цилиндра 9, находящаяся в теплоизолированном канале 7 выполнена с оребрением 13 (см. фиг.2).The heat recovery unit for the exhaust furnace gases consists of a heating furnace 1 with a heat-insulated working chamber 2, in which fuel burners 3 are installed. In the working chamber 2, heated workpieces 5 are placed on the loading table 4. In the roof 6 of the heating furnace 1, a heat-insulated channel 7 is made, along the inner surface 8 which exhaust furnace gases in the form of combustion products are removed from the working chamber 2 of the furnace. In the initial part of the heat-insulated channel 7 adjacent to the working chamber 2, on the inner surface 8 there is a cylinder 9 and heater heat exchange tubes 10 communicating the cylinder 9 and the engine regenerator 11 with an external heat supply. The cylinder 9 contains a piston 12, due to the movement of which the working fluid (gas) moves in the heat exchange tubes 10. To intensify the heating of the working fluid (gas), the surface of the cylinder 9 located in the heat-insulated channel 7 is made with ribbing 13 (see figure 2) .

За теплообменными трубами 10 нагревателя двигателя 11 в теплоизолированном канале 7 установлен рекуператор 14 для нагрева воздуха, поступающего в топливные горелки 3.Behind the heat exchange tubes 10 of the heater of the engine 11, a recuperator 14 is installed in the heat-insulated channel 7 to heat the air entering the fuel burners 3.

Установка утилизации тепла отходящих печных газов работает следующим образом. Топливо смешивается с воздухом в горелке 3 и сгорает в рабочей камере 2, нагревая стальные заготовки 5 перед ковкой и горячей объемной штамповкой до 1150-1250°С. Отходящие печные газы в виде продуктов сгорания с температурой 1100-1200°С под действием естественной или искусственной тяги удаляются из рабочей камеры 2 в теплоизолированный канал 7. Проходя по внутренней поверхности 8 теплоизолированного канала 7, отходящие печные газы (продукты сгорания) нагревают теплообменные трубы 10 и оребрение 13 цилиндра 9 двигателя 11 и поддерживают высокую температуру (900-1000°С) рабочего тела (газа) в теплообменных трубах 10 и в цилиндре 9 двигателя. При таком уровне нагрева рабочего тела путем осуществления термодинамического цикла с периодическим расширением и сжатием рабочего тела в цилиндре 9 обеспечивается работа двигателя 11 с внешним подводом тепла с эффективным к.п.д. преобразования тепла в механическую энергию 30-40 %, что в несколько раз превосходит к.п.д. паротурбинных установок аналогичной мощности. Тепло, отводимое от рабочего тела в охладителе двигателя 11, также может быть использовано в системах отопления помещения и горячего водоснабжения. В установках утилизации тепла отходящих печных газов могут применяться двигатели с внешним подводом тепла мощностью от 1 до 100 кВт, при этом в теплоизолированном канале 7 может быть последовательно установлено несколько двигателей 11 для более полной утилизации тепла отходящих печных газов. Запуск и остановка двигателей 11 с внешним подводом тепла производится без значительных затрат внешней энергии и просто механизируется. На выходе двигателя 11 преобразованная тепловая энергия может быть получена в виде механической энергии для привода электрогенератора, насоса, холодильного агрегата или компрессора, а также в виде сжатого газа под высоким давлением.Installation of heat recovery of exhaust flue gases is as follows. The fuel is mixed with air in the burner 3 and burns in the working chamber 2, heating the steel billet 5 before forging and hot forging to 1150-1250 ° C. Exhaust furnace gases in the form of combustion products with a temperature of 1100-1200 ° C under the action of natural or artificial traction are removed from the working chamber 2 into a thermally insulated channel 7. Passing along the inner surface 8 of an insulated channel 7, the exhaust furnace gases (combustion products) heat the heat exchange pipes 10 and fins 13 of the cylinder 9 of the engine 11 and maintain a high temperature (900-1000 ° C) of the working fluid (gas) in the heat exchange tubes 10 and in the cylinder 9 of the engine. At this level of heating of the working fluid by means of a thermodynamic cycle with periodic expansion and compression of the working fluid in the cylinder 9, the engine 11 is provided with an external heat supply with effective efficiency conversion of heat into mechanical energy 30-40%, which is several times higher than efficiency steam turbine units of similar capacity. The heat removed from the working fluid in the engine cooler 11 can also be used in space heating systems and hot water supply. Engines with an external heat input from 1 to 100 kW can be used in waste heat recovery plants, while several motors 11 can be sequentially installed in the heat-insulated channel 7 to more fully recover the heat from the exhaust gases. Starting and stopping engines 11 with an external supply of heat is carried out without significant expenditures of external energy and is simply mechanized. At the output of the engine 11, the converted thermal energy can be obtained in the form of mechanical energy to drive an electric generator, pump, refrigeration unit or compressor, as well as in the form of compressed gas under high pressure.

Использование двигателя 11 с внешним подводом тепла может сочетаться с применением рекуператоров 14 для нагрева воздуха, поступающего в топливные горелки 3, или других устройств утилизации тепла отходящих печных газов.The use of an engine 11 with an external supply of heat can be combined with the use of recuperators 14 for heating the air entering the fuel burners 3, or other heat recovery devices of the exhaust furnace gases.

Нагревательные и термические печи в машиностроительном производстве располагаются в соответствии с размещением кузнечно-штамповочного оборудования на значительном расстоянии друг от друга. Компактные, эффективные и автономные двигатели с внешним подводом тепла, способные работать в автоматизированном режиме, могут обеспечить не только высокий уровень утилизации тепла отходящих печных газов, но и распределение полученной механической энергии в виде сжатого газа, электроэнергии или жидкости под давлением по производству.Heating and thermal furnaces in engineering production are located in accordance with the location of the forging and stamping equipment at a considerable distance from each other. Compact, efficient and self-contained engines with external heat input, capable of operating in an automated mode, can provide not only a high level of heat recovery of the flue gases, but also the distribution of the received mechanical energy in the form of compressed gas, electricity or liquid under pressure from production.

Применение данного технического решения предполагается в нагревательных и термических печах кузнечно-штамповочного и термического производств машиностроительного завода. Использование двигателей с внешним подводом тепла, работающих от пламенных печей, для привода тепловых насосов и компрессоров позволит полностью обеспечить потребность производства в отоплении помещений, горячем водоснабжении, холодоснабжении и сжатом воздухе и сократить потребление электрической энергии от внешних источников.The application of this technical solution is expected in heating and thermal furnaces of the forging and stamping and thermal industries of the engineering plant. The use of engines with an external supply of heat operating from flame furnaces to drive heat pumps and compressors will fully satisfy the production need for space heating, hot water supply, cold supply and compressed air and reduce the consumption of electric energy from external sources.

Claims (2)

1. Установка утилизации тепла отходящих печных газов, содержащая нагревательную печь с рабочей камерой с топливными горелками, теплоизолированный канал с теплообменными трубами, по которому удаляются продукты сгорания из рабочей камеры печи, отличающаяся тем, что в начальной части внутренней поверхности теплоизолированного канала расположен цилиндр с поршнем двигателя с внешним подводом тепла, который соединен с теплообменными трубами для обеспечения движения рабочего тела в них.1. Installation of heat recovery of exhaust furnace gases, comprising a heating furnace with a working chamber with fuel burners, a heat-insulated channel with heat exchange pipes, through which combustion products are removed from the working chamber of the furnace, characterized in that a cylinder with a piston is located in the initial part of the inner surface of the heat-insulated channel an engine with an external supply of heat, which is connected to heat exchange pipes to ensure the movement of the working fluid in them. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность цилиндра двигателя, находящаяся в теплоизолированном канале, выполнена с оребрением.2. Installation according to claim 1, characterized in that the surface of the cylinder of the engine located in the heat-insulated channel is made with fins.
RU2007100840/02A 2007-01-09 2007-01-09 Installation for recovery of waste furnace gas heat RU2338141C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007100840/02A RU2338141C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Installation for recovery of waste furnace gas heat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007100840/02A RU2338141C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Installation for recovery of waste furnace gas heat

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007100840A RU2007100840A (en) 2008-07-20
RU2338141C1 true RU2338141C1 (en) 2008-11-10

Family

ID=40230381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007100840/02A RU2338141C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Installation for recovery of waste furnace gas heat

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2338141C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521539C2 (en) * 2009-09-25 2014-06-27 Альстом Текнолоджи Лтд Method and system for recovering heat from furnace waste gases and furnace burning fossil fuel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521539C2 (en) * 2009-09-25 2014-06-27 Альстом Текнолоджи Лтд Method and system for recovering heat from furnace waste gases and furnace burning fossil fuel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007100840A (en) 2008-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015165200A1 (en) Parallel motion heat energy power machine and work-doing method therefor
RU2399781C1 (en) Combined electric energy, heat and cold generation method
WO2011082949A3 (en) Combined cycle power plant and method of operating such power plant
CN103758659B (en) High-efficiency compact internal-combustion engine-organic Rankine bottoming cycle combined system and method for work thereof
RU2338141C1 (en) Installation for recovery of waste furnace gas heat
RU57434U1 (en) DETANDER-GENERATOR UNIT
CN203717159U (en) External-heating engine
RU2747704C1 (en) Cogeneration gas turbine power plant
CN215566146U (en) Air-steam double-medium coupling circulation efficient power generation system
CN204780257U (en) Printing and dyeing control system with screw rod expander power generation facility
RU2582377C1 (en) Method for operation of expander-generator installation of electric power plant
RU2335643C1 (en) Thermal electric power station
CN104863652A (en) Waste heat power generation method and device adopting Brayton cycle
CN213540507U (en) Combined heat and power system
CN203892046U (en) Negative pressure power machine
RU2775611C1 (en) Thermal power plant
RU2095702C1 (en) Heat-and-cold producing plant and its operation process
CN117213248A (en) Process equipment for utilizing waste heat of calcium carbide and tail gas of calcium carbide furnace
RU51112U1 (en) HEAT GAS TURBINE INSTALLATION
RU2127815C1 (en) Heat power plant with cooler
RU116186U1 (en) COGENERATION MACHINE
RU93026055A (en) METHOD FOR TRANSFORMING THERMAL ENERGY TO MECHANICAL IN A GAS TURBINE ENGINE AND A GAS TURBINE ENGINE
RU146400U1 (en) HEAT ELECTRIC STATION
RU48366U1 (en) AUTONOMOUS HEAT POWER PLANT
RU49199U1 (en) DETANDER-GENERATOR INSTALLATION

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090110