RU2457891C2

RU2457891C2 - Off gas heating system

Info

Publication number: RU2457891C2
Application number: RU2010109949/05A
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: 2012-08-10
Also published as: RU2010109949A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: proposed system relates to ecology. Proposed system comprises heat-and-gas release source, heat exchanger arranged in structural element, and air duct. Outlet of the latter is located at cleaner body above sprinkler, right above sprinkler inlet, while hot air represents working medium.

EFFECT: ruled out dew, mist and icicle formation, longer life, power savings.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение может быть использовано преимущественно для подогрева отходящих газов во всех областях промышленности, где в производственных технологиях имеет место выброс отходящих газов в атмосферу.The invention can be used mainly for heating exhaust gases in all areas of industry, where in production technologies there is an emission of exhaust gases into the atmosphere.

Известен «комплекс утилизации газодымовых выбросов» (пат. №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 воздуховодом 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 отходящих газов при мокрой их очистке.The well-known "complex for the disposal of gas and smoke emissions" (US Pat. No. 2336934, publ. 02.27.2007), including a gas and smoke pipe with a gas duct constructed in two vertical levels, a gas collector, a pumping station for reverse water supply with a pressure water conduit, a slurry preparation unit, a sprinkler plant with a catalyst grate 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 provided with a nozzle with a C-shaped pressurization ohm, 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 wastewater treatment and neutralization pool, divided into sections by internal transverse filter prisms. The disadvantages of the known invention include the lack of a heating system for exhaust gases during wet cleaning.

Известно изобретение (пат. №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 (Pat. 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 outlet installed under the gas outlet of the chimney, an air heater for heating air and a fan for supplying heated in the air heater in the air channel 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 about the channel to its other part, characterized in that an annular perforated collector of variable cross section is installed at the base of the gas outlet channel of the chimney, equipped with a pipe connected to the air channel to supply heated air from the air channel to the wall layer of flue gases moving along the gas outlet 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 повышении температуры отходящих газов и в снижении энергозатрат на подогрев отходящих газов. Снижение энергозатрат достигается за счет использования тепла источника теплогазодымовых выбросов для подогрева отходящих газов. Повышение температуры отходящих газов осуществляют за счет нагрева рабочей среды в процессе передачи теплового потока от высокотемпературного конструктивного элемента источника теплогазовыделения к металлическому теплообменнику прямоугольной призматической формы, а через него к стенкам воздуховода, расположенного внутри последнего, а также непосредственно к части воздуховода, расположенного внутри конструктивного высокотемпературного элемента источника 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 очистительное сооружение выше дождевателя, где высокотемпературная рабочая среда, рассеиваясь, смешивается со струей отходящих газов, повышая их температуру. Таким образом, предлагаемая система подогрева отходящих газов обеспечивает достижение заявленного технического результата.The technical result of the invention is to increase the temperature of the exhaust gases and to reduce energy consumption for heating the exhaust gases. Reducing energy costs is achieved through the use of heat from a source of heat and gas emissions to heat the exhaust gases. The temperature of the exhaust gases is increased by heating the working medium during the heat flux transfer from the high-temperature structural element of the heat and gas source to the rectangular metal prismatic heat exchanger, and through it to the walls of the duct located inside the latter, as well as directly to the part of the duct located inside the constructive high-temperature element of the source of heat and gas generation outside the heat exchanger, while the heat from the walls in The air duct is transferred to the working medium inside the duct, which, having acquired high temperature, by gravity according to the laws of physics, expanding, enters the treatment plant above the sprinkler, where the high-temperature working medium, dispersing, mixes with the exhaust gas stream, raising their temperature. Thus, the proposed exhaust gas heating system ensures the achievement of the claimed technical result.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема системы подогрева отходящих газов, включающая источник теплогазовыделения, расположенный в его конструктивном элементе (свод) теплообменник и проходящий частично внутри него воздуховод. На чертеже также показаны газоходы, очистительное сооружение с дождевателем и газодымовая труба. Новизна и изобретательский уровень доказывается следующим.The invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of the exhaust gas heating system, including a heat and gas emission source located in its structural element (arch), a heat exchanger and a partially extending duct. The drawing also shows the flues, a treatment plant with a sprinkler and a gas pipe. Novelty and inventive step is proved as follows.

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 большее 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. Известна также система подогрева воздуха с утилизацией тепла водоотливных шахтных вод (пат. 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 внутреннего воздушного пространства за счет использования тепла от постороннего источника как для обогрева трубы, так и для подогрева отходящих газов, при этом используется вращающийся механизм, потребляющий также дополнительную энергию. Предлагаемое же изобретение лишено этих недостатков, т.е. в нем используется самотечная струя горячей рабочей среды. Известны также изобретения с нагревом газовоздушной среды с применением дополнительных источников энергии (пат. №2031322, №2326314, №2361163, №94028145 и др.). Известно также изобретение, в котором подогрев отходящих газов осуществляют при частичном использования тепловой энергии неочищенных отходящих газов, путем их принудительной подачи в струю очищенных отходящих газов, снижая, таким образом, КПД системы утилизации газов (см. пат. №2353659, опубл. 27.04.2009). Заявленное же изобретение лишено всех этих недостатков за счет использования тепла самого источника теплогазовыделения, 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 элемента теплогазовыделения, все остальные работы по сооружению внешней части воздуховода и его теплоизоляции ведутся без остановки работы источника теплогазовыделения. Таким образом, в целом предлагаемое изобретение позволяет получить заявленный технический результат, решает проблему экономии энергоресурсов, обладает новизной и изобретательским уровнем.From 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 greater 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 heat source itself is used to heat the exhaust gases. There is also a known air heating system with heat recovery from drainage mine water (US Pat. No. 95104202), requiring the construction of ditches with the arrangement of their thermal 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 space through the use of heat from an external source both for heating the pipe and for heating the exhaust gases, using a rotating mechanism that also consumes additional energy. The present invention is devoid of these disadvantages, i.e. it uses a gravity jet of a hot working environment. Also known are inventions with heating a gas-air medium using additional energy sources (US Pat. No. 2031322, No. 2323314, No. 2361163, No. 94028145, etc.). An invention is also known in which the exhaust gas is heated by partially using 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 US Pat. No. 2353659, publ. 27.04. 2009). The claimed invention is devoid of all these disadvantages due to the use of heat of the source of heat and gas generation, which is new and corresponds to the inventive step, and its application does not require significant reconstruction of existing enterprises. It will only take time during the reconstruction or repair of the heat and gas source to install a heat exchanger with an air duct inside the structural element of heat and gas generation, all other work on the construction of the outer part of the duct and its insulation is carried out without stopping the operation of the heat and gas source. Thus, in general, the proposed invention allows to obtain the claimed technical result, solves the problem of energy saving, 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 источника теплогазовыделения 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 для лучшей теплопроводности (на чертеже не показано). Теплообменник 2 изготовляют на механическом заводе (цехе) из нержавеющей стали сварным способом (на чертеже не показано) и доставляют на место монтажа любым типом наземного грузового транспорта (на чертеже не показано). Установку на проектное место конструкций системы подогрева отходящих газов осуществляют при помощи подъемного крана (трубоукладчика) и сварки (на чертеже не показано). Самым сложным при сооружении системы подогрева отходящих газов является подгонка термостойких элементов кирпичной кладки под цилиндрический воздуховод 3 и теплообменник 2 в виде прямоугольной призмы. Фрезеровку кирпичных блоков нижнего и верхнего ярусов кирпичной кладки, вмещающих теплообменник 2 и частично воздуховод 3, осуществляют в механическом цехе и доставляют к месту монтажа любым наземным автотранспортом. Отверстие в корпусе очистительного сооружения 55 выше дождевателя для воздуховода 3 проделывают при помощи сварки или газорезки (на чертеже не показано) и жестко крепят в нем выходной участок воздуховода при помощи сварки (на чертеже не показано). Теплоизоляцию (на чертеже не показано) воздуховода 3 за пределами корпуса 1 источника теплогазовыделения осуществляют пенными оболочками (на чертеже не показано) на основе полиуретанов, выпускающихся отечественной промышленностью. Диаметр воздуховода подбирают в зависимости от температуры и мощности струи отходящих газов, и 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 of the heat and gas source are laid metal, in the form of a rectangular prism, the heat exchanger 2 with the located part of the duct 3 inside, the inner space between the duct 3 and the walls of the heat exchanger 2 is filled with aluminum shavings or small scraps of aluminum wire, from used wires EPO for better thermal conductivity (not shown). The heat exchanger 2 is produced in a mechanical plant (workshop) from stainless steel by a welded method (not shown in the drawing) and delivered to the installation site by any type of ground freight transport (not shown in the drawing). Installation at the design site of the designs of the exhaust gas heating system is carried out using a crane (pipe layer) and welding (not shown in the drawing). The most difficult part in constructing an exhaust gas 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 of masonry, containing the heat exchanger 2 and partially the duct 3, is carried out in a mechanical workshop and delivered to the installation site by any land vehicle. The hole in the body of the treatment plant 55 above the sprinkler for the duct 3 is made by welding or gas cutting (not shown in the drawing) and the outlet duct section is rigidly fixed in it by welding (not shown in the drawing). Thermal insulation (not shown) of the duct 3 outside the housing 1 of the source of heat and gas is carried out by foam shells (not shown) on the basis of polyurethanes manufactured by the domestic industry. The diameter of the duct is selected depending on the temperature and power of the exhaust gas stream, and should be at least 100 mm.

Сооружение изобретения завершено. Работа системы подогрева отходящих газов осуществляется следующим образом. После начала работы источника теплогазовыделения рабочая среда в виде атмосферного воздуха по законам физики при нагреве в конструктивном элементе корпуса 1 источника теплогазовыделения (на чертеже это свод), расширяясь, начинает двигаться снизу вверх по воздуховоду 3 и попадает через выходное отверстие воздуховода 3 во внутреннее пространство очистительного сооружения 55 выше дождевателя (на чертеже показан стрелкой со словом вода), где, смешиваясь со струей отходящих газов (показано стрелками), подогревает, таким образом, отходящие газы, которые затем через газоход 4 верхнего уровня и корпус 5 газодымовой трубы попадают в атмосферу без образования росы на стенках корпуса 5 газодымовой трубы. 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 (на чертеже не показано) кирпичной кладки, необходимо использовать подогретый воздух в упомянутых выше каналах в системе подогрева отходящих газов. Такое комплексное использование воздушной среды стремится к идеальному результату. При недостаточности подогрева отходящих газов одной ниткой системы подогрева отходящих газов можно использовать две и более, расположив их в местах корпуса 1 источника теплогазовыделения, не мешающих нормальной эксплуатации источника теплогазовыделения. Такая система подогрева отходящих газов может быть использована также и для обогрева внутризаводских и цеховых помещений.The construction of the invention is completed. The operation of the exhaust gas heating system is as follows. After the start of the work 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 (in the drawing this is a vault), expanding, begins to move upward through the duct 3 and enters through the outlet of the duct 3 into the interior of structures 55 above the sprinkler (shown in the drawing by an arrow with the word water), where, mixing with a stream of exhaust gases (shown by arrows), the exhaust gas is thus heated Which then through gas duct 4 and the upper level housing flue gas pipe 5 into the atmosphere without forming dew on the walls of housing 5 the flue gas pipe. However, in the invention there are no rotating devices. In the same conditions where air cooling in the air ducts (not shown) of the brickwork 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 channels in the exhaust gas heating system. Such integrated use of the air tends to an ideal result. If there is insufficient heating of the exhaust gases with one thread of the exhaust gas heating system, two or more can be used, placing them in the places of the housing 1 of the heat and gas source, which do not interfere with the normal operation of the heat and gas source. Such an exhaust gas heating system can also be used to heat internal and workshop premises.

Claims

The exhaust gas heating system, 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 body of the treatment plant above the sprinkler and is located above its inlet level, and the working medium is represented by hot air.