RU2403522C2 - Способ нагрева и/или испарения органической среды и теплообменный блок для извлечения теплоты от потока горячего газа - Google Patents

Способ нагрева и/или испарения органической среды и теплообменный блок для извлечения теплоты от потока горячего газа Download PDF

Info

Publication number
RU2403522C2
RU2403522C2 RU2008131292/06A RU2008131292A RU2403522C2 RU 2403522 C2 RU2403522 C2 RU 2403522C2 RU 2008131292/06 A RU2008131292/06 A RU 2008131292/06A RU 2008131292 A RU2008131292 A RU 2008131292A RU 2403522 C2 RU2403522 C2 RU 2403522C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
gas
heat exchanger
organic medium
heat exchangers
Prior art date
Application number
RU2008131292/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008131292A (ru
Inventor
Юха ХУОТАРИ (FI)
Юха Хуотари
Юха ХОНКАТУКИА (FI)
Юха Хонкатукиа
Original Assignee
Мв Биопауэр Ой
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 Мв Биопауэр Ой filed Critical Мв Биопауэр Ой
Publication of RU2008131292A publication Critical patent/RU2008131292A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2403522C2 publication Critical patent/RU2403522C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/14Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
    • F22B37/142Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes involving horizontally-or helically-disposed water tubes, e.g. walls built-up from horizontal or helical tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным блокам для извлечения теплоты от потока горячего газа. Теплообменный блок для извлечения теплоты из потока газа в поток среды содержит несколько теплообменников и охватывающую их конструкцию с донной секцией, на которую они опираются посредством опорной конструкции, причем теплообменники снабжены по существу газонепроницаемой стенкой и расположены, по меньшей мере, частично один в другом относительно продольной оси охватывающей конструкции так, что поток газа каждый раз проходит в пространстве, образованном двумя расположенными один внутри другого теплообменниками. Опорная конструкция содержит поверхность с отверстиями, по меньшей мере, в одном из теплообменников для пропускания потока газа от одной стороны теплообменника к другой его стороне. Посредством теплообменного блока по изобретению осуществляют способ, при котором теплота переносится в первом теплообменнике в направлении потока органической среды для охлаждения газа до его конечной температуры. Технический результат - создание способа нагрева и/или испарения органической среды, при котором можно избежать перегрева органической среды, а также создание теплообменного блока, который пригоден для испарения и/или нагрева органической среды горячим газом, особенно топочным газом, полученным в результате сжигания биомассы. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу нагрева и/или испарения органической среды путем пропускания теплоты от потока горячего газа в органическую среду, при котором органическую среду пропускают через несколько последовательных теплообменников, расположенных в потоке газа, и поток газа охлаждают от начальной температуры до конечной температуры.
Настоящее изобретение также относится к теплообменному блоку по пункту 6 формулы для извлечения теплоты от потока горячего газа в поток среды, при этом теплообменный блок содержит охватывающую конструкцию, впуск для потока газа, через который газ может течь по существу в вертикальном направлении, и выпуск для газа, при этом в теплообменном блоке охватывающая конструкция охватывает несколько теплообменников, снабженных по существу газонепроницаемой стенкой и расположенных по меньшей мере частично один в другом относительно продольной оси охватывающей конструкции так, что поток газа проходит соответственно в кольцевом пространстве, сформированном из двух теплообменников, расположенных один в другом.
Настоящее изобретение особенно относится к испарителю для органической среды и способу испарения и/или нагрева органической среды.
Одним из вариантов применения настоящего изобретения является процесс Ренкина, основанный на циркулирующей органической среде, то есть процесс ОЦР (ОЦР - органический цикл Ренкина). В процессе ОЦР подходящую органическую среду, например толуол, изобутан или изопентан, используют вместо воды как циркулирующую среду. Процесс ОЦР особенно применим при относительно низких температурах, позволяя утилизировать отходящую теплоту даже при низкой температуре.
В процессе ОЦР между горячими топочным газом и испаряемой средой часто используют промежуточный контур горячего масла. Когда используется промежуточный контур горячего масла, теплота переносится из топочного газа в горячее масло в отдельном теплоаккумулирующем сосуде, содержащем масло, откуда нагретое жидкое горячее масло закачивают в испаритель для органической циркулирующей среды, где теплота переносится далее из жидкого горячего масла в органическую циркулирующую среду. Поддерживая достаточно сильный поток горячего масла в промежуточном контуре можно предотвратить перегрев и масла, и органической циркулирующей среды. Такое решение, однако, сложно и дорого, связано с лишним перепадом температур из-за контура горячего масла, и прокачка горячего масла особенно требует существенных эксплуатационных затрат.
В публикации FI 86464 раскрывается на принципиальном уровне электростанция, работающая по органическому циклу Ренкина, в которой испаритель для органической среды находится в прямом соединении, переносящем теплоту, с горячим газом. Проблема, связанная с испарением органической среды непосредственно горячим газом, особенно топочным газом бойлера и т.п., который медленно реагирует на воздействия, регулирующие мощность, заключается в том, как избежать чрезмерного нагрева материла испарителя и перегрева органической среды, что привело бы к химическим изменениям в веществе, таким как крекинг углеводородов, особенно в переходных ситуациях. В таком случае перегрев органической среды, в частности, привел бы к ухудшению ее свойств текучести и теплопереноса.
Целью настоящего изобретения является создание способа нагрева и/или испарения органической среды, в котором отсутствуют проблемы, присущие предшествующему уровню техники. Особой целью настоящего изобретения является создание способа нагрева и/или испарения органической среды, при котором можно избежать перегрева органической среды. Целью настоящего изобретения также является создание теплообменного блока, который пригоден для испарения и/или нагрева органической среды горячим газом, особенно топочным газом, полученным в результате сжигания биомассы.
Цели настоящего изобретения достигаются, в основном, как описано в приложенных пунктах 1 и 6 формулы и как более подробно изложено в других пунктах формулы.
В способе по настоящему изобретению нагрева и/или испарения органической среды путем переноса теплоты от потока горячего газа в органическую среду органическую среду пропускают через несколько последовательных теплообменников, которые расположены в потоке газа, и поток газа охлаждается от начальной температуры до конечной температуры. Способ отличается тем, что теплота переносится в первый теплообменник в направлении потока органической среды, охлаждая поток газа до его конечной температуры. Этим способом предотвращается перегрев органической среды и первого теплообменника.
Далее, согласно предлагаемому способу, теплота переносится во второй теплообменник, для начала охлаждения потока газа от его начальной температуры, благодаря чему органическая среда сначала течет через первый теплообменник, а затем через второй теплообменник.
Теплообменный блок по настоящему изобретению для утилизации теплоты из потока горячего газа в поток среды содержит охватывающую конструкцию, впуск для газа, в котором газ может течь по существу в вертикальном направлении, и выпуск для потока газа, при этом охватывающая конструкция теплообменного блока охватывает несколько теплообменников, снабженных по существу газонепроницаемой стенкой и расположенных, по меньшей мере, частично один в другом относительно продольной оси охватывающей конструкции так, что газ течет соответственно в пространстве, сформированном двумя расположенными друг в друге теплообменниками. Настоящее изобретения отличается тем, что охватывающая конструкция содержит донный участок, на который в основном опираются теплообменники через опорную конструкцию, а опорная конструкция содержит поверхность с отверстиями, по меньшей мере, в одном из теплообменников для пропускания потока газа с первой стороны теплообменника на его вторую сторону.
Опорная конструкция теплообменников выполнена из охлаждающей конструкции, в которой может течь поток среды теплообменника. Предпочтительно, теплообменники являются теплообменниками в форме спиральной трубы, а охлаждающая конструкция опорной конструкции содержит отвод, выполненный как коленчатый патрубок, сформированный из спиральной трубы. Посредством отвода сформирована поверхность с отверстиями, расположенная на расстоянии от внутренней поверхности донного участка охватывающей конструкции, благодаря чему над донным участком сформировано зольное пространство, проходящее от внутренней поверхности донного участка до нижней кромки поверхности с отверстиями.
Размер зольного пространства таков, что оно также служит сервисным пространством, через которое можно также производить необходимый ремонт. Кроме того, размер этого пространства таков, что у рабочего достаточно места для работы в нем. Необходимо выполнить несколько отверстий, типично, например, четыре, для формирования поверхности с отверстиями. Кроме того, имеются соответствующие служебные дверцы и зольные заслонки.
Поверхность с отверстиями в каждом теплообменнике определена так, что общая сумма сечений отдельных (радиальных) отверстий больше, чем площадь проходного сечения кольцевого пространства теплообменника (пространства между теплообменниками, расположенными один в другом), благодаря чему падение давления в потоке газа в отверстиях меньше или равно падению давления в кольцевом пространстве между теплообменниками, расположенными один в другом. Отношение высоты к радиальной ширине зольного пространства составляет больше 1, и зола, осевшая в зольном пространстве во время работы, повторно не захватывается газом.
Теплообменный блок предпочтительно содержит несколько труб для удаления золы, которые могут открываться в зольное пространство. Труба удаления золы содержит по существу газонепроницаемый канал, герметично проходящий в опорную конструкцию теплообменника, благодаря чему при нормальном использовании он не вносит возмущения в поток газа в теплообменном блоке.
Теплообменный блок выполнен с возможностью нагревать и/или испарять органическую среду, и, по меньшей мере, один из теплообменников, расположенных один внутри другого, выполнен с возможностью выполнять функции первого теплообменника в потоке среды, а первый из теплообменников, расположенных один внутри другого, выполнен с возможностью выполнять функции второго теплообменника в потоке среды.
Настоящее изобретение дает большое число преимуществ:
- В испарителе по настоящему изобретению теплота переносится от горячих топочных газов непосредственно в поток среды, благодаря чему не требуется отдельный теплоаккумулирующий сосуд для масла. Следовательно, конструкции и компоненты промежуточного масляного контура, такие как трубы, сосуды, системы безопасности и предохранительные системы, исключаются, и устройство становится более простым и менее дорогим.
- Повышается эффективность теплопереноса, поскольку перепад температур между топочным газом и потоком среды больше, чем между газом и масляным теплоносителем, когда используется промежуточный масляный контур, и газ выходит из испарителя при более низкой температуре, что уменьшает потери на топочный газ.
- Повышается эффективность работы, поскольку не нужны отдельные масляные насосы, что сокращает стоимость прокачки. Кроме того, устраняются тепловые потери в промежуточном масляном контуре.
- Теплообменный блок по настоящему изобретению более надежен и содержит меньше компонентов, которые могут отказать.
- Пространство, требуемое для теплообменного блока по настоящему изобретению, меньше по сравнению с испарителем, имеющим промежуточный масляный контур, что позволяет сформировать компактную конструкцию, образованную печью и испарителем.
Далее следует более подробное описание примера настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, где:
фиг.1 - схематический вид применения способа по настоящему изобретению в сочетании со сжиганием биомассы;
фиг.2 - показывает теплообменный блок по настоящему изобретению;
фиг.3 и 4 - детали теплообменника по фиг.2;
фиг.5 - детали одного варианта теплообменников в теплообменном блоке по настоящему изобретению;
фиг.6 - сечение по линии А-А на фиг.5; и
фиг.7 - диаграмма температуры и соответствующего потока теплоты в одном варианте применения способа по настоящему изобретению.
Как показано на диаграмме процесса ОЦР, схематически представленного на фиг.1, теплообменный блок 1 производит перегретый пар для турбины 5, которая приводит в действие высокооборотный генератор 4, соединенный с электрической сетью 2 через преобразователь 3 частоты. Из применимых в настоящем изобретении органических сред в настоящее время особо предпочтительным является толуол. Поскольку настоящее изобретение направлено, в том числе, и на применение в бойлере, в котором в качестве топлива используется биомасса, горячий газ или поток газа в дальнейшем также может именоваться топочным газом. Из турбины 5 пар толуола подается в рекуператор 6, в котором жидкий толуол, подаваемый в теплообменном блоке 1, предварительно подогревается паром толуола. С другой стороны, задачей рекуператора 6 является устранение перегрева в паре, выходящем из турбины, поскольку пар толуола характеризуется тем, что после расширения в турбине остается перегретым. Из рекуператора пар толуола подается в конденсатор 7, в котором он конденсируется в жидкость и в котором также устраняется остаточный перегрев, если после рекуператора пар остается перегретым. Далее, жидкий толуол подается в бак 8 для конденсата, откуда он поступает далее при повышенном давлении, через предварительный питающий насос 9 и питающий насос 10 в рекуператор 6. В рекуператоре 6 пар толуола нагревает жидкий толуол и после этого подается в теплообменный блок 1, в котором толуол нагревается, испаряется и пар перегревается. Теплообменный блок 1 установлен непосредственно в потоке 11 газа, которым в данном случае является топливный газ, полученный при сжигании биомассы, и теплообменный блок, таким образом, соединен с бойлером 13, работающим на биомассе.
Конструкция самого теплообменного блока по настоящему изобретению более подробно описана со ссылками на другие чертежи, но в том варианте применения, который связан с сжиганием биомассы, пространство теплообменника, которое впервые встречается с газом в теплообменном блоке, также отчасти служит дожигающей камерой, поэтому установка также содержит подающие элементы 12, подающие воздух (или содержащий кислород газ) в горячий газ непосредственно перед входом в теплообменном блоке 1 или одновременно с таким входом. На фиг.1 также показан теплообменный блок 1 по настоящему изобретению, в котором теплота переносится в первом по направлению потока органической среды теплообменнике, тем самым охлаждая поток газа до его конечной температуры.
На фиг.2-6 одинаковые компоненты обозначены одинаковыми позициями и в дальнейшем описании ссылки на позиции относятся к фиг.2-6. На фиг.2 показан один вариант теплообменного блока 1 по настоящему изобретению. На фиг.2 показано сечение теплообменного блока 1 так, что на чертеже сторона слева от продольной оси 26 представляет в основном опору теплообменников и пути прохождения газа, а на правой стороне на чертеже показаны соединения теплообменников. Теплообменный блок состоит из теплообменников 21, 22, 23, 24, расположенных один в другом и сформированных спиральной трубой 20. Теплообменники выполнены предпочтительно симметрично относительно сечения по продольной оси, и спирали, образованные трубой, могут быть цилиндрическими. Такой тип теплообменника по настоящему изобретению является прямоточным испарителем. Органическую среду пропускают по трубам теплообменников, а газ - снаружи труб теплообменников.
На фиг.2 показан теплообменный блок, сформированный охватывающей конструкцией, состоящей из внешнего кожуха 30, крышки 31' и данной секции 31. Теплообменный блок содержит впускное отверстие 25' для потока газов, которое проходит параллельно продольной оси 26 теплообменного блока и расположено посередине теплообменного блока. Самый внутренний относительно продольной оси 26 теплообменник 22 образует дожигающее пространство 25, которое расположено над топкой бойлера 13 (фиг.1). В дожигающем пространстве 25 происходит дожигание топливного газа и твердых частиц, поступающих туда из топки, и поэтому в дожигающем пространстве расположены подающие элементы 12, подающие в горячий газ воздух (или содержащий кислород газ). После дожигающего пространства 25 топочные газы поступают в кольцевые каналы, сформированные между теплообменниками 12-24, расположенными один в другом параллельно продольной оси. В дожигающем пространстве 25 теплота переносится в теплообменник в основном тепловым излучением, тогда как после этого, в менее горячих секциях в направлении потока газа, преимущественно происходит конвекционный теплообмен. За счет описанной выше конструкции сводятся к минимуму недостатки, являющиеся следствием загрязняющего эффекта топочного газа, а с другой стороны, обеспечивается адекватный теплоперенос в различных частях теплообменного блока на стороне топочного газа. Поток газа направляется в каналы, сформированные теплообменниками, расположенными один в другом, так, что основным направлением является направление от центральной части к внешним секциям, поочередно вверх и вниз. Предпочтительно, каждый второй теплообменник 21, 23 в нижней части содержит поверхность 28 с отверстиями, которая позволяет потоку газа перетекать с первой стоны теплообменника на его вторую сторону, то есть перемещаться радиально ближе к внешней секции. Поток газа сквозь эту поверхность с отверстиями достаточно слаб, чтобы предотвратить какой-либо существенный захват золы, имеющейся на дне зольных пространств. Опора содержит охлаждающие опорные конструкции, выполненные из труб и коленных патрубков так, что топочный газ может проходить между ними из одного канала, образованного спиралями 20 из труб, в следующий канал в радиальном направлении теплообменного блока. Органическая среда, текущая по трубам и коленчатым патрубкам, образующим конструкцию, используется для охлаждения опорной конструкции. На практике поверхность с отверстиями может быть сформирована так, чтобы теплообменник опирался на донную секцию 31 охватывающей конструкции теплообменного блока через трубу или трубы теплообменника за счет расположения отводов как u-образных коленных патрубков в трубе, расположенной в нижней секции. Это показано также на фиг.5 и 6. С другой стороны, эти конструкции также позволяют формировать пути, необходимые для очистки поверхностей теплообменников и дымоходов между спиралями 20 из трубы, а также зольных пространств 39 под ними.
Между теплообменниками, снабженными поверхностями с отверстиями, установлен теплообменник, который содержит поверхность 28′ с отверстиями в своей верхней части, у крышки 31′ охватывающей конструкции. Такой тип в своей нижней части теплообменника выполнен по существу газонепроницаемым, например, за счет огнеупорной футеровки или кирпичной кладки, которая, тем не менее, предпочтительно является охлаждающей конструкцией. Топочные газы выводятся из теплообменного блока через выпуск 36, который в варианте по фиг.1 расположен у внешнего обода блока.
Взаимное соединение потока органической среды и потока топочного газа, согласно настоящему изобретению, осуществляется следующим образом. По существу теплообменный блок является промежуточной формой между противоточным теплообменником и теплообменником с параллельными потоками, поскольку направления потоков топочного газа наружу (два кольцевых пространства) и нагреваемой среды (в спиральной трубе) противоположны.
Органическую среду сначала подают через трубопровод 35 в первый теплообменник 21, в котором органическая среда нагревается горячими топочными газами, тем самым охлаждая поток газов до его конечной температуры. Жидкая органическая среда, входящая в теплообменный блок, проходит в менее горячую часть стороны топочного газа. В этой части органическая среда течет в основном в противоток относительно газа, чтобы сделать теплообменные поверхности как можно меньше. При такой конструкции устраняется проблема перегрева органической среды и теплообменника 21, которая возникла бы в противном случае, например, в переходных ситуациях. Первый теплообменник 21, который является внешним из теплообменников, расположенных один в другом, соединен со вторым теплообменником 22 соединительной трубой 21′, которая соединяет их нижние части (фиг.2). Второй теплообменник 22 далее соединен с третьим теплообменником 23 соединительной трубой 22′. Предпочтительно третий теплообменник действует в основном как испаритель. Он далее соединен с четвертым теплообменником 24 соединительной трубой 23′, и в этом четвертом теплообменнике происходит перегрев пара. В теплообменном блоке все остальные теплообменники расположены радиально в пространстве между первым и вторым теплообменниками, симметрично относительно продольной оси 26.
Чтобы избежать перегрева органической среды и материала теплообменников, перегретый пар выводится из той секции на стороне топочного газа, в которой топочный газ имеет не самую высокую температуру. Пар в первую очередь перегревается в четвертом теплообменнике 24, который расположен между внутренним 22 и внешним 21 теплообменниками, расположенными один внутри другого. Четвертый теплообменник 24 снабжен выпускным отверстием 37 для органической среды, расположенным в верхней части спирали 20 из трубы. Тогда, особенно в переходных ситуациях, например при снижении мощности, несмотря на изменение массовых потоков газа и органической среды конечная температура пара органической среды не повышается слишком высоко. При такой конструкции размер требуемой теплообменной поверхности можно уменьшить, поскольку средний перепад температур между топочным газом и органической средой больше, чем в ситуации, когда используется теплообменный блок с параллельными потоками.
Нижняя часть внешнего кожуха 30 теплообменного блока и конструкции 28, 33, направляющие топочный газ, снабжены дверцами 38 для удаления золы, которые используются для очистки стороны топочного газа теплообменного блока. Нижние части спиралей 20 из трубы образуют в вертикальном направлении расположенную в шахматном порядке конструкцию так, чтобы через дверцы 38, действующие как труба для удаления золы, можно было чистить каналы, образованные внутренними спиралями из труб. Это более подробно показано на фиг.3 и 4. В варианте по фиг.3 дверца для удаления золы снабжена по существу газонепроницаемым каналом 38′, который проходит в самое дальнее внутреннее зольное пространство 39. На фиг.4 показан вариант, в котором дверца 38′′, которую можно открывать и закрывать, связана с конструкциями, направляющими поток топочного газа из теплообменника 24 для очистки зольного пространства. Дверцы для удаления золы расположены так, чтобы позволить эффективную очистку.
Очистка теплообменного блока необходима и во время работы, и во время простоев. Очистка производится путем сбрасывания загрязнений и других компонентов дыма, накопившихся на поверхностях теплообменников на стороне топочного газа, в нижнюю часть стороны топочного газа, способом, подходящим для конкретной ситуации. Зольные пространства 39 сформированы конструкциями в нижней части стороны топочного газа, и в эти пространства могут собираться загрязнения при очистке во время остановки теплообменника, откуда они удаляются через дверцы 38. Зольное пространство сформировано в нижней части конструкций 28, 33, направляющих топочный газ так, чтобы поверхность 28 с отверстиями рядом с донной секцией 31 теплообменного блока приходила от донной секции по меньшей мере так, чтобы сумма сечений отверстий соответствовала площади проходного сечения между спиралями трубы.
На фиг.5 и 6 показана преимущественная трубчатая конструкция, в которой, согласно настоящему изобретению, обеспечивается поддержка теплообменников 21-24 и охлаждение конструкций 28, 33, направляющих поток топочного газа. В нижних частях спиралей труб теплообменников 21-24 имеется u-образная деталь 32, проходящая вниз от нижней поверхности спирали, и эта u-образная деталь работает как охлаждающая и опорная конструкции для теплообменников.
На фиг.7 показан способ по настоящему изобретению нагрева и/или испарения органической среды, например толуола. На чертеже по вертикальной оси представлена температура Т, а по горизонтальной оси относительный тепловой поток q газа. Кривая 71 иллюстрирует, как температура газа, действующего как источник теплоты, падает от ситуации, когда относительный тепловой поток составляет 100% до величины 0%, другими словами при охлаждении газа от начальной температуры (q=100%) до конечной температуры (q=0%). Кривая 72 иллюстрирует температуру толуола и ее динамику, когда толуол проходит через несколько последовательных теплообменников. Числовые величины температуры, приведенные ниже, являются величинами для одного конкретного случая и представлены лишь для облегчения понимания настоящего изобретения. Органическая среда, в данном случае толуол, поступает в первый теплообменник 21 при температуре 156°С, которая в данном примере соответствует конечной температуре 350°С выходящего газа. Толуол нагревается в первом теплообменнике 21 до температуры 196°С, тогда как температура поступающего газа составляет 475°С. Это осуществляется главным образом теплопереносом противоточного типа, благодаря чему площадь поверхности теплообменника, необходимая для нагрева, минимальна. Далее, толуол нагревается дальше во втором теплообменнике 22 до температуры 300°С, но теперь источником теплоты является газ, который начал охлаждаться от своей первоначальной температуры потока, в данном случае 1100°С, и охлаждается до температуры 755°С. Здесь теплообменник является в первую очередь теплообменником с параллельными потоками. Далее толуол вводится в испарительную секцию, которая состоит в основном из третьего теплообменника 23. Испарение опускает температуру газа до 570°С. В четвертом теплообменнике 24 пар перегревается, в данном случае, до температуры 326°С, благодаря чему температура потока топочного газа становится равной 475°С, то есть он находится в состоянии, при котором начинается теплообмен в первом теплообменнике.
С помощью способа по настоящему изобретению требуемую общую площадь поверхности теплообмена можно существенно уменьшить, чем при использовании только теплообменника с параллельными потоками.
Настоящее изобретение не ограничено показанными вариантами, и в объем приложенной формулы входят различные изменения. Например, спираль из трубы может быть изготовлена, в отличие от того, что описано выше, из пары труб или из нескольких смежных труб, а не из одной трубы.

Claims (12)

1. Способ нагрева и/или испарения органической среды путем переноса теплоты из потока газа в органическую среду, при котором органическую среду пропускают через несколько последовательных теплообменников (21, 22, 23, 24), расположенных в потоке газа, и поток газа охлаждают от начальной температуры до конечной температуры, и при этом теплоту переносят в первый теплообменник (21) в направлении потока органической среды для охлаждения потока газа до его конечной температуры, отличающийся тем, что теплоту переносят во второй теплообменник (22) для начала охлаждения потока газа от его начальной температуры.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что органическая среда течет сначала через первый (21) теплообменник, а затем через второй (22) теплообменник.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что последний теплообменник (24) работает в первую очередь в соответствии с принципом параллельных потоков.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что все теплообменники после первого (21) теплообменника работают в основном как теплообменники с параллельными потоками.
5. Теплообменный блок для извлечения теплоты из потока горячего газа в поток среды, содержащий охватывающую конструкцию (30 31, 31′), впуск (25′) для газа, в котором газ течет, по существу, в вертикальном направлении, и выпуск (36) для газа, причем охватывающая конструкция теплообменного блока охватывает несколько теплообменников (21, 22, 23, 24), снабженных, по существу, газонепроницаемой стенкой и расположенных, по меньшей мере, частично один в другом относительно продольной оси (26) охватывающей конструкции, так, что поток газа каждый раз проходит в пространстве, образованном двумя расположенными один внутри другого теплообменниками, отличающийся тем, что охватывающая конструкция содержит донную секцию (31′), на которую в основном опираются теплообменники посредством опорной конструкции (32), и тем, что опорная конструкция содержит поверхность (28) с отверстиями в, по меньшей мере, одном из теплообменников для прохождения сквозного потока газа от первой стороны теплообменника ко второй его стороне.
6. Блок по п.5, отличающийся тем, что опорная конструкция выполнена из охлаждающей конструкции (32), в которой поток среды теплообменника протекает.
7. Блок по п.6, отличающийся тем, что теплообменники являются спиральными трубчатыми теплообменниками (20) и тем, что охлаждающая конструкция опорной конструкции содержит отвод, выполненный в форме проточного колена из трубчатой спирали.
8. Блок по п.5, отличающийся тем, что поверхность (28) с отверстиями расположена так, что проходит на некотором расстоянии от внутренней поверхности донной секции охватывающей конструкции, благодаря чему в области над донной секцией сформировано зольное пространство (39), проходящее от внутренней поверхности донной секции до нижней кромки поверхности с отверстиями.
9. Блок по п.8, отличающийся тем, что сумма сечений отдельных отверстий, образующих поверхность с отверстиями больше, чем общая площадь сечения кольцевого пространства.
10. Блок по п.8, отличающийся тем, что содержит несколько труб (38) для удаления золы, которые выполнены с возможностью открывания в зольное пространство (39).
11. Блок по п.10, отличающийся тем, что труба (38) для удаления золы содержит, по существу, газонепроницаемый канал, герметично проходящий в опорную конструкцию теплообменника.
12. Блок по пп.5-8, выполненный с возможностью нагревать и/или испарять органическую среду, отличающийся тем, что последний из теплообменников, расположенных один внутри другого, выполнен с возможностью быть первым теплообменником (21) в потоке среды, а первый из теплообменников, расположенных один внутри другого, выполнен с возможностью быть вторым теплообменником (22) в потоке среды.
RU2008131292/06A 2005-12-30 2006-11-10 Способ нагрева и/или испарения органической среды и теплообменный блок для извлечения теплоты от потока горячего газа RU2403522C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20055718A FI120557B (fi) 2005-12-30 2005-12-30 Lämmönsiirrinyksikkö lämmön talteenottamiseksi kuumasta kaasuvirtauksesta
FI20055718 2005-12-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008131292A RU2008131292A (ru) 2010-02-10
RU2403522C2 true RU2403522C2 (ru) 2010-11-10

Family

ID=35510796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008131292/06A RU2403522C2 (ru) 2005-12-30 2006-11-10 Способ нагрева и/или испарения органической среды и теплообменный блок для извлечения теплоты от потока горячего газа

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1966559B1 (ru)
CA (1) CA2632275C (ru)
FI (1) FI120557B (ru)
RU (1) RU2403522C2 (ru)
UA (1) UA92777C2 (ru)
WO (1) WO2007077293A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129079A1 (en) * 2011-03-21 2012-09-27 The Penn State Research Foundation High efficiency combustor and closed-cycle heat engine interface

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8181463B2 (en) * 2005-10-31 2012-05-22 Ormat Technologies Inc. Direct heating organic Rankine cycle
EP2202474B1 (de) 2008-12-23 2011-06-29 Kronotec AG Holzzerkleinerungsprodukt-Trocknungsanlage
IT1397145B1 (it) * 2009-11-30 2013-01-04 Nuovo Pignone Spa Sistema evaporatore diretto e metodo per sistemi a ciclo rankine organico.
CN102147105B (zh) * 2011-04-11 2012-11-21 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构
RU2609273C2 (ru) * 2015-06-17 2017-02-01 Общество С Ограниченной Ответственностью "Промвектор" Электрогенерирующий комплекс "СКАТ"
CN108534569B (zh) * 2018-04-20 2024-03-29 杨艺 一种高效热交换器
CN110513669B (zh) * 2019-08-23 2021-02-26 七台河宝泰隆新能源有限公司 一种蒸汽发生器重油温度调节装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1738086A (en) * 1923-01-03 1929-12-03 Frank L O Wadsworth Water heater
US2718217A (en) * 1952-08-27 1955-09-20 Aeroil Prod Water heating apparatus
US3351041A (en) * 1965-05-21 1967-11-07 Mitchell Engineering Ltd Water tube boiler
US3352289A (en) * 1966-06-13 1967-11-14 Vapor Corp Steam generator
GB1221521A (en) * 1967-04-29 1971-02-03 Mitchell Engineering Ltd Improvements in or relating to water tube boilers
US3769789A (en) * 1971-07-06 1973-11-06 Sundstrand Corp Rankine cycle engine
US3809061A (en) * 1971-11-03 1974-05-07 Steam Engine Syst Corp Heat exchanger and fluid heater
FR2191080B3 (ru) * 1972-06-28 1976-05-21 Wanson Constr Mat Therm
DE2534093A1 (de) * 1975-07-30 1977-04-21 Konus Kessel Waermetech Einrichtung zum erwaermen einer gegen ueberhitzung zu schuetzenden waermeuebertragungsfluessigkeit
FR2660056B1 (fr) * 1990-03-23 1994-07-22 Muller Cie Echangeur pour eau chaude sanitaire notamment pour chaudiere murale.
FI86464C (fi) 1990-09-26 1992-08-25 High Speed Tech Ltd Oy Foerfarande foer att saekra lagersmoerjning i en hermetisk hoegshastighetsmaskin.
FI913367A0 (fi) * 1991-07-11 1991-07-11 High Speed Tech Ltd Oy Foerfarande och anordning foer att foerbaettra nyttighetsfoerhaollande av en orc-process.
JPH09203304A (ja) * 1996-01-24 1997-08-05 Ebara Corp 廃棄物を燃料とする複合発電システム
US6101813A (en) * 1998-04-07 2000-08-15 Moncton Energy Systems Inc. Electric power generator using a ranking cycle drive and exhaust combustion products as a heat source
DE10324058B4 (de) * 2003-05-27 2007-10-18 GMK-Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH Wärmetauscher sowie Heizkraftanlage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129079A1 (en) * 2011-03-21 2012-09-27 The Penn State Research Foundation High efficiency combustor and closed-cycle heat engine interface

Also Published As

Publication number Publication date
EP1966559B1 (en) 2013-05-22
FI20055718A0 (fi) 2005-12-30
FI20055718A (sv) 2007-07-01
EP1966559A4 (en) 2011-10-19
EP1966559A1 (en) 2008-09-10
CA2632275A1 (en) 2007-07-12
CA2632275C (en) 2013-10-01
UA92777C2 (ru) 2010-12-10
WO2007077293A1 (en) 2007-07-12
FI120557B (fi) 2009-11-30
RU2008131292A (ru) 2010-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2403522C2 (ru) Способ нагрева и/или испарения органической среды и теплообменный блок для извлечения теплоты от потока горячего газа
US4416325A (en) Heat exchanger
EP2199720B1 (en) Double-pressure type condenser, and condensate reheating method
US6158221A (en) Waste heat recovery technique
RU2217654C2 (ru) Прямоточный парогенератор, работающий на ископаемом топливе
US4998508A (en) Condensing type boilers
CN102419122A (zh) 两相流空气预热器
Mehta Waste heat recovery
US8230686B2 (en) Start-up system mixing sphere
TW201529961A (zh) 用於熱回收蒸汽產生器之熱交換系統及方法
Brodov et al. State of the art and trends in the design and operation of high-and low-pressure heaters for steam turbines at thermal and nuclear power plants in Russia and abroad: Part 1. Heater types and designs
EP0028503A2 (en) Method and apparatus for heating a fluid employing a gas containing sulfur oxides and water
FI101163B (fi) Höyrykattilan ja höyryturbiinin välinen kytkentärakenne ja menetelmä h öyryturbiinin syöttöveden esilämmityksessä
KR20210039191A (ko) 보일러 폐열 회수장치
KR100363719B1 (ko) 과열기용 단일통로식 와류형성 전열장치
RU2176766C2 (ru) Водогрейный котел
RU2378571C1 (ru) Вертикальный теплообменник
RU2715073C1 (ru) Парогазовая установка с охлаждаемым диффузором
EP3420204B1 (en) Direct heat exchanger for organic rankine cycle systems
FI109554B (sv) Värmeproduktionsanordning
JP6573285B2 (ja) 減圧ボイラ、該減圧ボイラを備えるバイナリー発電システム、及び該バイナリー発電システムを備える焼却施設
RU2533591C1 (ru) Способ нагрева жидкости и нагреватель жидкости на его основе
CZ37614U1 (cs) Spalinový tepelný výměník pro mikro ORC jednotky využívající odpadní teplo
JPS6018882B2 (ja) 流体加熱装置
JP5733821B2 (ja) ボイラ

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160316

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160511

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160701

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171111