RU2457018C2

RU2457018C2 - Air heating system

Info

Publication number: RU2457018C2
Application number: RU2010109951/05A
Authority: RU
Inventors: Егор Емельянович Кириенко (RU); Егор Емельянович Кириенко
Original assignee: Егор Емельянович Кириенко
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2012-07-27
Also published as: RU2010109951A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power-saving technologies. Proposed system comprises heat-and-gas release source, heat exchanger arranged in structural element, and air duct. Outlet of the latter is located at flue body bottom and above inlet, while hot air represents working medium.

EFFECT: air heating in flues, as well as heating in-plant premises and shops.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям и может быть использовано в газодымовых трубах энергетической, металлургической и др. видов промышленности.The invention relates to energy-saving technologies and can be used in gas and smoke pipes of energy, metallurgy and other industries.

Известен «комплекс утилизации газодымовых выбросов» (RU №2336934, опубл. 27.02.2007), включающий газодымовую трубу с газоходом, сооруженным в двух уровнях по вертикали, газосборник, насосную станцию оборотного водоснабжения с напорным водоводом, узел приготовления суспензии, дождевальную установку с решеткой для катализатора и решетку для регулирования скорости газодымовой струи в газоходе второго уровня, водосборный бассейн с водоотводящим патрубком, отличающийся тем, что нижний газоход в торцевой части снабжен насадкой с С-образным наддувом, с воздоховодом и ниппелем, а дождевальная установка является установкой решетчатого типа на сварном металлическом корпусе с трехсторонней обшивкой, а также тем, что комплекс дополнительно содержит бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод, разделенный на секции внутренними поперечными фильтрующими призмами. К недостаткам известного изобретения следует отнести отсутствие системы подогрева воздушной среды в нижней части газодымовой трубы, что способствует формированию росы на внутренней поверхности гзодымовой трубы из сильноагрессивной жидкости, т.к. с холодной воздушной средой и поверхностью газодымовой трубы в нижней ее части контактируют наиболее тяжелые и агрессивные газы, а на внешней поверхности низа газодымовой трубы возможно формирование ледяных сосуль.The well-known "complex for the disposal of gas and smoke emissions" (RU No. 2336934, published February 27, 2007), including a gas and smoke pipe with a gas duct constructed at two vertical levels, a gas collector, a reverse water supply pump station with a pressure water conduit, a slurry preparation unit, a sprinkler with a grate for the catalyst and a grate for regulating the speed of the gas stream in the second level gas duct, a drainage basin with a drain pipe, characterized in that the lower duct in the end part is equipped with a nozzle with a C-shaped pressurization, with an air duct and a nipple, and the sprinkler is a grating type installation on a welded metal case with three-sided casing, as well as the fact that the complex additionally contains a pool for wastewater treatment and neutralization, divided into sections by internal transverse filter prisms. The disadvantages of the known invention include the lack of a system for heating the air in the lower part of the gas pipe, which contributes to the formation of dew on the inner surface of the gas pipe from a highly aggressive liquid, because The heaviest and most aggressive gases come into contact with cold air and the surface of the gas-flue pipe in its lower part, and ice icicles can form on the outer surface of the bottom of the gas-flue pipe.

Известно изобретение (RU №2305225, опубл. 27.08.2007) котельная установка, содержащая дымовую трубу с воздушным каналом между железобетонным стволом и футеровкой, образующей газоотводящий канал, установленные под газоотводящим каналом дымовой трубы калорифер для подогрева воздуха и вентилятор для подачи подогретого в калорифере воздуха в воздушный канал дымовой трубы, разделенный установленными в нем двумя вертикальными перегородками на две части, при этом дымовая труба снабжена коробом отвода подогретого воздуха из одной части воздушного канала в его другую часть, отличающаяся тем, что в основании газоотводящего канала дымовой трубы установлен кольцевой перфорированный коллектор переменного поперечного сечения, снабженный подключенным к воздушному каналу патрубком, для подачи подогретого воздуха из воздушного канала в пристенный слой дымовых газов, движущихся по газоотводящему каналу. Принимаем за прототип. К достоинствам прототипа следует отнести достаточно прорывную технологию обогрева корпуса газодымовой трубы и воздушной среды ее внутреннего пространства. К недостаткам прототипа следует отнести использование дополнительного источника подогрева воздуха и сложность конструкции газодымовой трубы, а также наличие в системе подогрева вращающегося механизма.The invention is known (RU No. 2305225, published on 08.27.2007) a boiler plant containing a chimney with an air channel between the reinforced concrete barrel and a lining forming a gas exhaust duct, air heaters installed under the gas exhaust duct of the chimney and a fan for supplying air heated in the air heater into the air duct of the chimney, divided by two vertical partitions installed in it into two parts, while the chimney is equipped with a duct for removing heated air from one part of the air ala in its other part, characterized in that the vent channel in the base of the chimney an annular perforated collector variable cross-section, provided with an air channel connected to conduit for supplying heated air from the air duct in the wall the flue gases layer moving along the vent channel. We accept for the prototype. The advantages of the prototype include a rather breakthrough technology for heating the body of the gas-flue pipe and the air environment of its internal space. The disadvantages of the prototype include the use of an additional source of air heating and the complexity of the design of the gas pipe, as well as the presence of a rotating mechanism in the heating system.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении энергозатрат и повышении температуры воздушной среды внутреннего пространства низа газодымовой трубы, в повышении эксплуатационной надежности газодымовой трубы. Снижение энергозатрат достигается за счет использования тепла источника теплогазодымовых выбросов для подогрева рабочей среды в виде воздуха. Подогрев воздушной среды происходит за счет передачи теплового потока от высокотемпературного конструктивного элемент корпуса источникаThe technical result of the invention is to reduce energy consumption and increase the temperature of the air environment of the inner space of the bottom of the gas pipe, to increase the operational reliability of the gas pipe. Reducing energy costs is achieved by using the heat of a source of gas and gas emissions to heat the working environment in the form of air. The heating of the air occurs due to the transfer of heat flux from the high-temperature structural element of the source housing

теплогазовыделения к металлическому теплообменнику прямоугольной призматической формы, а через него к воздуховоду, расположенному внутри последнего, а также стенкам непосредственно части воздуховода, расположенного внутри конструктивного высокотемпературного элемента корпуса источникаheat and gas emissions to a metal heat exchanger of a rectangular prismatic shape, and through it to an air duct located inside the latter, as well as the walls of the air duct directly located inside the structural high-temperature element of the source housing

теплогазовыделения за пределами теплообменника, при этом тепло от стенок воздуховода передается рабочей среде внутри воздуховода, которая, приобретя высокую температуру самотеком по законам физики, расширяясь, попадает в нижнюю часть газодымовой трубы и нагревает своим рассеянным теплом воздушную среду нижней части газодымовой трубы. В результате подогрева воздушной среды внутреннего пространства газодымовой трубы нагреваются стенки самой газодымовой трубы, исключая, таким образом, конденсацию паров на внутренних стенках газодымовой трубы и образование обледенения на ее внешней поверхности, таким образом повышая эксплуатационную надежность газодымовой трубы. Таким образом, предлагаемая система подогрева воздушной среды обеспечивает достижение заявленного технического результата.heat and gas evolution outside the heat exchanger, while the heat from the walls of the duct is transferred to the working medium inside the duct, which, having acquired high temperature by gravity according to the laws of physics, expands, enters the lower part of the gas smoke pipe and heats the air of the lower part of the smoke pipe with its diffused heat. As a result of heating the air of the inner space of the smoke pipe, the walls of the smoke pipe are heated, thus eliminating the condensation of vapors on the inner walls of the smoke pipe and the formation of icing on its outer surface, thereby increasing the operational reliability of the smoke pipe. Thus, the proposed system of heating the air ensures the achievement of the claimed technical result.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема системы подогрева воздушной среды во внутреннем пространстве газодымовой трубы.The invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of a system for heating the air in the interior of a gas pipe.

Новизна и изобретательский уровень доказываются следующим:Novelty and inventive step are proved by the following:

Из практики хорошо известны условия обогрева жилищ в сельской местности за счет печного отопления и дополнительно с использованием так называемых «буржуек». При этом используется рассеянное тепло. В известном способе обогрева избы большое количество тепла уносится вместе с дымовыми выбросами в атмосферу. Для нагрева указанных отопительных устройств требуется дополнительное сжигание органического топлива. В предлагаемом же изобретении для подогрева отходящих газов используют тепло самого источника теплогазовыделения, нагрева воды и т.п. Известна также система подогрева воздуха с утилизацией тепла водоотливных шахтных вод (RU 95104202), требующая сооружения канав с обустройством их теплоизоляции, хотя в этом случае гораздо выгоднее было бы утилизировать тепло восходящей воздушной струи шахтного вентиляционного ствола, хотя сама по себе идея и неплохая. Прототипом решается комплексно система обогрева корпуса газодымовой трубы и ее внутренней воздушной среды за счет использования тепла от постороннего источника как для обогрева трубы, так и для подогрева отходящих газов, при этом используется вращающееся устройство. Предлагаемое изобретение лишено этих недостатков, т.е. в нем используется самотечная струя рабочей среды. Известны также изобретения с нагревом газовоздушной среды с применением дополнительных источников энергии (RU №2031322, №2326314, №2361163, №94028145 и др.). Известно также изобретение, в котором подогрев отходящих газов осуществляют при частичном использовании тепловой энергии неочищенных отходящих газов, путем их принудительной подачи, в струю очищенных отходящих газов, снижая, таким образом, КПД системы утилизации газов (см. RU №2353659, опубл. 27.04.2009). Заявленное же изобретение лишено всех этих недостатков за счет использования тепла самих теплогазовыделяющих устройств, что является новым и соответствует изобретательскому уровню, причем его применение не требует существенной реконструкции действующих предприятий. Потребуется лишь время в период реконструкции или ремонта источника теплогазовыделения для установки теплообменника с воздуховодом внутри конструктивного элементаFrom practice, the conditions for heating homes in rural areas due to stove heating and additionally using the so-called “bourgeois” are well known. It uses dissipated heat. In the known method of heating the hut, a large amount of heat is carried away along with smoke emissions into the atmosphere. To heat these heating devices, additional combustion of fossil fuels is required. In the present invention, the heat of the source of heat and gas evolution, water heating, etc., is used to heat the exhaust gases. There is also a known air heating system with heat recovery from drainage mine water (RU 95104202), which requires the construction of ditches with the arrangement of their insulation, although in this case it would be much more profitable to utilize the heat of the ascending air stream of the mine ventilation shaft, although the idea itself is not bad. The prototype solves a complex system for heating the body of a gas-flue pipe and its internal air environment by using heat from an external source both to heat the pipe and to heat the exhaust gases, using a rotating device. The present invention is devoid of these disadvantages, i.e. it uses a gravity jet of the working environment. Also known are inventions with heating a gas-air medium using additional energy sources (RU No. 2031322, No. 2323314, No. 2361163, No. 94028145, etc.). An invention is also known in which the exhaust gas is heated by partial use of the thermal energy of the crude exhaust gas, by forcing them into the stream of purified exhaust gas, thereby reducing the efficiency of the gas utilization system (see RU No. 2353659, publ. 27.04. 2009). The claimed invention is devoid of all these disadvantages due to the use of heat of heat-generating devices themselves, which is new and corresponds to the inventive step, and its application does not require significant reconstruction of existing enterprises. Only time will be required during the reconstruction or repair of the heat and gas source to install a heat exchanger with an air duct inside the structural element

теплогазовыделения, все остальные работы по сооружению внешней части воздуховода и его теплоизоляции ведутся без остановки источника теплогазовыделения. Таким образом, в целом предлагаемое изобретение позволяет получить заявленный технический результат, в виде повышения температуры воздушной среды, решает проблему экономии энергоресурсов, увеличивает эксплуатационную надежность, обладает новизной и изобретательским уровнем.heat and gas emissions, all other work on the construction of the outer part of the duct and its insulation is carried out without stopping the source of heat and gas. Thus, in general, the invention allows to obtain the claimed technical result, in the form of increasing the temperature of the air, solves the problem of saving energy resources, increases operational reliability, has novelty and inventive step.

Сооружение изобретения осуществляют следующим образом:The construction of the invention is as follows:

При реконструкции или строительстве корпуса 1 металлургических печей, паровых котлов и др. подобных устройств в боковых стенах, подовой (на чертеже подписано) и/или сводовой (на чертеже подписано) частях корпуса 1 укладывают металлический в виде прямоугольной призмы теплообменник 2 с расположенной частью воздуховода 3 внутри, внутреннее пространство между воздуховодом 3 и стенками теплообменника 2 заполняют алюминиевой стружкой или мелкими обрезками алюминиевой проволоки, из бывших в употреблении проводов ЛЭП (не показано). Теплообменник 2 с вмонтированным внутри участком воздуховода 3 изготовляют на механическом заводе (цехе) при помощи сварки (не показано), например, из нержавеющей стали и доставляют на место монтажа любым типом грузового транспорта. Установку на проектное место конструкций системы подогрева воздушной среды осуществляют при помощи подъемного крана (трубоукладчика) и сварки (не показано). Самым сложным при монтаже системы подогрева воздушной среды является подгонка термостойких элементов кирпичной кладки под цилиндрический воздуховод 3 и теплообменник 2 в виде прямоугольной призмы. Фрезеровку кирпичных блоков нижнего и верхнего ярусов, вмещающих теплообменник 2 и воздуховод 3, осуществляют в механическом цехе (не показано), и доставляют к месту монтажа любым наземным автотранспортом. Отверстие в коробе металлических грузовых ворот 5 (не показано) газодымовой трубы 6 для ввода выходного отверстия воздуховода 3 во внутреннее пространство газодымовой трубы 6 проделывают при помощи сварки или газорезки (не показано). Теплоизоляцию воздуховода 3 за пределами источника теплогазовыделения осуществляют пенными оболочками (не показано) на основе полиуретанов, выпускающихся отечественной промышленностью. Диаметр воздуховода должен быть не менее 100 мм.During the reconstruction or construction of building 1 of metallurgical furnaces, steam boilers and other similar devices in the side walls, hearth (signed on the drawing) and / or roof (signed on the drawing) parts of the housing 1, a metal heat exchanger 2 with a rectangular part of the duct is placed in the form of a rectangular prism 3 inside, the inner space between the air duct 3 and the walls of the heat exchanger 2 is filled with aluminum shavings or small scraps of aluminum wire, from used power line wires (not shown). The heat exchanger 2 with the duct section 3 mounted inside is manufactured at a mechanical plant (workshop) by welding (not shown), for example, from stainless steel and delivered to the installation site by any type of freight transport. The installation of the design of the heating system of the air medium at the design site is carried out using a crane (pipe layer) and welding (not shown). The most difficult part when installing an air heating system is the fitting of heat-resistant brickwork elements to a cylindrical duct 3 and heat exchanger 2 in the form of a rectangular prism. Milling of brick blocks of the lower and upper tiers containing the heat exchanger 2 and air duct 3 is carried out in a mechanical workshop (not shown), and delivered to the installation site by any land vehicle. The hole in the duct of the metal cargo gate 5 (not shown) of the gas pipe 6 for introducing the outlet of the air duct 3 into the interior of the gas pipe 6 is made by welding or gas cutting (not shown). Thermal insulation of the duct 3 outside the source of heat and gas generation is carried out with foam shells (not shown) based on polyurethanes manufactured by the domestic industry. The diameter of the duct must be at least 100 mm.

Сооружение изобретения завершено.The construction of the invention is completed.

Работа изобретения осуществляется следующим образом.The work of the invention is as follows.

После начала работы источника теплогазовыделения рабочая среда в виде атмосферного воздуха по законам физики при нагреве в конструктивном элементе корпуса 1 источника теплогазовыделения, расширяясь, начинает двигаться снизу вверх по воздуховоду 3, попадает через выходное отверстие воздуховода 3 во внутреннее пространство газодымовой трубы 6, где, смешиваясь с воздушной средой во внутреннем пространстве газодымовой трубы 6, повышает температуру воздушной среды, а через нее и корпуса газодымовой трубы 6. Неизрасходованная тепловая энергия восходящим потоком будет идти на дополнительный подогрев отходящих газов в газодымовой трубе. Внедрение предлагаемого изобретения позволит сэкономить энергоресурсы, увеличит эксплуатационную надежность газодымовой трубы 6. При этом в изобретении отсутствуют вращающиеся устройства. В тех же условиях, где для охлаждения конструктивных элементов источника теплогазодымовых выбросов применяется воздушное охлаждение в воздушных каналах кирпичной кладки, необходимо использовать подогретый воздух в упомянутых выше каналах для подогрева воздушной среды внутреннего пространства газодымовой трубы 6. Такое комплексное использование рабочей среды стремится к идеальному результату. При недостаточности повышения температуры воздушной среды одной ниткой системы подогрева воздушной среды количество ниток может быть увеличено до двух и более, при условии невозможности ухудшения эксплуатационной надежности источника теплогазовыделения. Предлагаемое изобретение может быть использовано не только для подогрева воздушной среды в газодымовых трубах 6, но и для обогрева внутризаводских и цеховых помещений (не показано).After the start of operation of the source of heat and gas, the working medium in the form of atmospheric air according to the laws of physics when heated in the structural element of the housing 1 of the source of heat and gas, expanding, begins to move from bottom to top through the duct 3, enters through the outlet of the duct 3 into the inner space of the gas and smoke pipe 6, where, mixing with air in the inner space of the gas-flue pipe 6, increases the temperature of the air, and through it the casing of the gas-smoke pipe 6. Unspent heat I will go upstream for additional heating of the exhaust gases in the gas pipe. The implementation of the invention will save energy, increase the operational reliability of the gas pipe 6. In this invention, there are no rotating devices. In the same conditions where air cooling in the air ducts of masonry is used to cool the structural elements of the source of heat and gas emissions, it is necessary to use heated air in the above-mentioned channels to heat the air of the interior of the gas-flue pipe 6. Such a complex use of the working medium tends to an ideal result. If the temperature of the air environment is insufficient to increase by one thread of the air heating system, the number of threads can be increased to two or more, provided that it is impossible to degrade the operational reliability of the heat and gas source. The present invention can be used not only for heating the air in gas-flue pipes 6, but also for heating in-plant and workshop premises (not shown).

Claims

A system for heating the air environment, including a heat and gas emission source, a heat exchanger located in its structural element, and an air duct, the outlet of which is located in the lower part of the gas-flue pipe body and is positioned above its inlet level, and the working medium is represented by hot air.