RU2484404C2

RU2484404C2 - Heat exchange method of gaseous media

Info

Publication number: RU2484404C2
Application number: RU2010112112/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Черниченко; Владимир Григорьевич Стогней; Павел Анатольевич Солженикин; Святослав Иванович Некрасов; Владимир Юрьевич Дубанин
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2013-06-10
Also published as: RU2010112112A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: heat exchange method of gaseous media, for example for hot gas and air, is proposed, by means of a regenerative heat exchanger with fluidised bed, which includes gas and air chambers with grids for parallel passage of heat exchanging media and in-series movement of intermediate disperse heat carrier. Grids are installed in inclined direction; axes of holes in them are directed towards grid ascending side; filling pipes are perforated and located in cavities of the chambers. Hot gas flow is passed through an intermediate disperse heat carrier with further movement of the obtained heated fluidised bed of heat carrier from the gas chamber to the air chamber with further passing through the above air layer. The flow at the gas chamber outlet is divided into two flows, each of which is then turned to opposite sides through 180° and directed along walls of the gas chamber, and additionally directed along external perimeter of the air chamber. Surfaces of the grids are provided with longitudinal ribs; height of the rib is chosen approximately equal to thickness of fluidised bed of intermediate disperse heat carrier.

EFFECT: increasing heat exchanger operating efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использовано, в частности, для утилизации тепла газообразных низко- и среднепотенциальных вторичных энергетических ресурсов.The invention relates to industrial power engineering and can be used, in particular, for heat recovery of gaseous low and medium potential secondary energy resources.

Известен регенеративный теплообменник с кипящим слоем, содержащий камеры с решетками для параллельного прохождения теплообменивающихся сред и последовательного перемещения сыпучего промежуточного теплоносителя, причем решетки установлены наклонно, а оси отверстий в них направлены в сторону подъема решеток (Авт. св. СССР №273358, МПК: F28С 3/12, F23L 15/02).A regenerative fluidized bed heat exchanger is known that contains chambers with gratings for the parallel passage of heat-exchanging media and the sequential movement of a loose intermediate coolant, the gratings are installed obliquely and the axis of the openings in them are directed towards the raising of the gratings (Aut. St. USSR No. 273358, IPC: F28C 3/12, F23L 15/02).

Недостатком данного теплообменника является его большое гидравлическое сопротивление вследствие большого угла наклона газораспределительных решеток и пересыпных труб.The disadvantage of this heat exchanger is its large hydraulic resistance due to the large angle of inclination of the gas distribution grilles and overflow pipes.

Известен регенеративный теплообменник с псевдоожиженным кипящим слоем, содержащий камеры с решетками для параллельного прохождения тепло-обменивающихся сред и последовательного перемещения сыпучего промежуточного теплоносителя, причем решетки установлены наклонно, оси отверстий в них направлены в сторону подъема решеток, а пересыпные трубы выполнены перфорированными и расположены в полостях камер (патент РФ №1015234, МПК: F28С 3/12, F23L 15/02 - прототип).Known regenerative fluidized bed heat exchanger containing chambers with gratings for the parallel passage of heat-exchanging media and the sequential movement of bulk intermediate heat transfer media, the gratings are installed obliquely, the axis of the holes in them are directed towards the raising of the gratings, and the overflow pipes are perforated and located in the cavities cameras (RF patent No. 1015234, IPC: F28C 3/12, F23L 15/02 - prototype).

Указанный теплообменник работает следующим образом.The specified heat exchanger operates as follows.

Горячий газ, например продукты сгорания печи или парогенератора, продувается через газовую камеру, а холодный воздух - через воздушную. При этом частицы дисперсного теплоносителя псевдоожижаются и движутся по решеткам в сторону их подъема. Достигнув верхнего края решетки, частицы по пересыпным трубам перемещаются в другую камеру. Циркулируя между газовой и воздушными камерами, частицы твердого зернистого материала нагреваются горячим газом в газовой камере и охлаждаются в воздушной камере, отдавая тепло холодному воздуху.Hot gas, such as combustion products of a furnace or steam generator, is blown through the gas chamber, and cold air through the air. In this case, the particles of the dispersed coolant are fluidized and move along the gratings in the direction of their rise. Having reached the upper edge of the grate, the particles are transported through the overflow pipes to another chamber. By circulating between the gas and air chambers, the particles of solid granular material are heated by hot gas in the gas chamber and cooled in the air chamber, giving off heat to the cold air.

Основными недостатками данного теплообменника являются значительные потери тепла, связанные с неэффективной системой теплообмена между тепло-обменивающимися средами и дисперсным материалом.The main disadvantages of this heat exchanger are significant heat losses associated with an inefficient heat exchange system between heat-exchanging media and dispersed material.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности работы теплообменника путем уменьшения потерь тепла при протекании рабочего процесса.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and increase the efficiency of the heat exchanger by reducing heat loss during the flow of the working process.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе теплообмена газовых сред, например горячего газа и воздуха, при помощи регенеративного теплообменника с кипящим слоем, содержащим газовую и воздушную камеры с решетками для параллельного прохождения тепло-обменивающихся сред и последовательного перемещения дисперсного промежуточного теплоносителя, причем решетки установлены наклонно, оси отверстий в них направлены в сторону подъема решеток, при этом пересыпные трубы выполнены перфорированными и расположены в полостях камер, заключающемся в пропускании горячего газового потока через дисперсный промежуточный теплоноситель с последующим перемещением полученного подогретого псевдоожиженного слоя теплоносителя из газовой в воздушную камеру с дальнейшим пропусканием через указанный слой воздуха, согласно изобретению, поток дисперсного промежуточного теплоносителя на выходе из газовой камеры разделяют на два потока, каждый из которых затем разворачивают в противоположные стороны на 180° и направляют вдоль стенок газовой камеры, газовый поток после его прохождения через поток дисперсного промежуточного теплоносителя дополнительно направляют по внешнему периметру воздушной камеры, при этом поверхности решеток выполняют с продольными ребрами, причем высоту ребра выбирают примерно равной толщине кипящего слоя дисперсного промежуточного теплоносителя.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed method of heat transfer of gaseous media, for example hot gas and air, by means of a regenerative heat exchanger with a fluidized bed containing gas and air chambers with gratings for the parallel passage of heat-exchanging media and the sequential movement of the dispersed intermediate coolant, the grilles are installed obliquely, the axis of the holes in them are directed towards the rise of the grilles, while the overflow pipes are perforated and located in the chamber, which consists in passing a hot gas stream through a dispersed intermediate coolant, followed by moving the resulting heated fluidized fluid layer from the gas to the air chamber with further passing through the specified air layer, according to the invention, the dispersed intermediate coolant stream at the outlet of the gas chamber is divided into two streams , each of which is then turned in opposite directions by 180 ° and directed along the walls of the gas chamber, the gas flow is ie it passes through the intermediate heat flux dispersed further fed along the outer perimeter of the air chamber, wherein the surface gratings operate with longitudinal ribs, wherein the rib height is selected approximately equal to the thickness of the intermediate fluidized bed of the particulate heat carrier.

Высота ребра выбирается примерно равной толщине кипящего слоя, исходя из того, что при меньшем ее значении верхние слои кипящего слоя дисперсного промежуточного теплоносителя сомкнутся между собой, что приведет к ухудшению условий теплообмена, а при большем - часть ребра, выступающего над поверхностью слоя, исключается из процесса теплообмена, что ведет к ухудшению характеристик теплообменника.The height of the rib is chosen approximately equal to the thickness of the fluidized bed, based on the fact that with a lower value, the upper layers of the fluidized bed of the dispersed intermediate heat carrier will close together, which will lead to a deterioration in heat transfer conditions, and with a larger one, part of the rib protruding above the surface of the layer is excluded from heat transfer process, which leads to deterioration of the characteristics of the heat exchanger.

Предложенный способ может быть реализован, например, при помощи регенеративного теплообменника с кипящим слоем, содержащего газовую и воздушную камеры с решетками для параллельного прохождения тепло-обменивающихся сред и последовательного перемещения дисперсного промежуточного теплоносителя, причем решетки установлены наклонно, оси отверстий в них направлены в сторону подъема решеток, при этом пересыпные трубы выполнены перфорированными и расположены в полостях камер, в котором газовая камера размещена внутри воздушной, при этом внутренняя поверхность, по крайней мере, одной решетки выполнена с продольными ребрами, причем высота ребра примерно равна толщине кипящего слоя дисперсного промежуточного теплоносителя, при этом по внешнему периметру воздушной камеры выполнены каналы, соединенные с полостью газовой камеры.The proposed method can be implemented, for example, using a regenerative fluidized-bed heat exchanger containing gas and air chambers with gratings for parallel passage of heat-exchanging media and sequential movement of the dispersed intermediate heat carrier, the gratings are installed obliquely, the axes of the holes in them are directed upward gratings, while the overflow pipes are perforated and located in the cavities of the chambers, in which the gas chamber is placed inside the air chamber, while Morning surface, at least one grid provided with longitudinal ribs, wherein the rib height is approximately equal to the thickness of the intermediate fluidized bed of particulate heat carrier, wherein the outer perimeter of the air chamber formed channels connected to the cavity of the gas chamber.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен предлагаемый теплообменник, продольный разрез; на фиг.2 - вид теплообменника сверху, на фиг.3 - поперечный разрез наклонной газораспределительной решетки.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the proposed heat exchanger, a longitudinal section; figure 2 is a top view of the heat exchanger, figure 3 is a cross section of an inclined gas distribution grid.

Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Горячий газ, например продукты сгорания печи или парогенератора, продувают через газовую камеру 1, а холодный воздух - через воздушную камеру 2. При этом частицы дисперсного промежуточного теплоносителя 4 псевдоожижаются и движутся по решеткам 3 в сторону их подъема. Достигнув верхнего края решетки, частицы по пересыпным трубам 6 перемещаются в другую камеру. Движение частиц дисперсного промежуточного теплоносителя по пересыпным трубам 6 осуществляют в режиме пневмотранспорта, что позволяет уменьшить угол их наклона до 2-4°, а следовательно, угол наклона газораспределительных решеток 3.Hot gas, for example, products of combustion of a furnace or a steam generator, is blown through the gas chamber 1, and cold air through the air chamber 2. In this case, the particles of the dispersed intermediate heat carrier 4 are fluidized and move along the gratings 3 in the direction of their rise. Having reached the upper edge of the grate, the particles are transported through the overflow pipes 6 to another chamber. The movement of the particles of the dispersed intermediate coolant through the overflow pipes 6 is carried out in the pneumatic transport mode, which reduces their angle of inclination to 2-4 °, and therefore, the angle of inclination of the gas distribution grilles 3.

Циркулируя между газовой 1 и воздушной 2 камерами, частицы дисперсного промежуточного теплоносителя 4 нагреваются горячим газом в газовой камере 1 и охлаждаются в воздушной камере 2, отдавая тепло холодному воздуху, при этом частицы дисперсного теплоносителя 4, перемещаясь по решетке 3, на которой выполнены продольные ребра 8, за счет увеличенной поверхности теплообмена, более эффективно отдают полученное тепло холодному воздуху, подаваемому через отверстия 5.By circulating between the gas 1 and air 2 chambers, the particles of the dispersed intermediate heat carrier 4 are heated by hot gas in the gas chamber 1 and cooled in the air chamber 2, transferring heat to the cold air, while the particles of the dispersed heat carrier 4 are moving along the lattice 3, on which longitudinal ribs are made 8, due to the increased heat exchange surface, the received heat is more efficiently transferred to the cold air supplied through the openings 5.

Горячий газ, проходя через газовую камеру 1, отдает большую часть тепла дисперсному промежуточному теплоносителю 4, при этом охлаждаясь до определенной температуры, примерно равной температуре нагретого дисперсного промежуточного теплоносителя. Далее отработанный горячий газ подают в каналы 7, которые выполняют по внешнему периметру воздушной камеры 2. Газ при этом отдает тепло стенкам канала, и подогревает, таким образом, стенки холодной воздушной камеры 2, что улучшает эффективность теплообмена между дисперсным промежуточным теплоносителем и холодным воздухом.The hot gas passing through the gas chamber 1 gives off most of the heat to the dispersed intermediate heat carrier 4, while cooling to a certain temperature, approximately equal to the temperature of the heated dispersed intermediate heat carrier. Next, the hot exhaust gas is fed into the channels 7, which run along the outer perimeter of the air chamber 2. The gas thus gives off heat to the walls of the channel, and thus heats the walls of the cold air chamber 2, which improves the efficiency of heat exchange between the dispersed intermediate coolant and cold air.

Размещение газовой камеры 1, стенки которой имеют температуру выше, чем стенки воздушной камеры 2, внутри воздушной камеры, позволит повысить температуру внутренних стенок воздушной камеры 2 за счет теплообмена стенок газовой 1 и воздушной 2 камер между собой и исключить потери тепла в окружающее пространство.The placement of the gas chamber 1, the walls of which have a temperature higher than the walls of the air chamber 2, inside the air chamber, will increase the temperature of the inner walls of the air chamber 2 due to the heat exchange of the walls of the gas 1 and air 2 chambers with each other and to eliminate heat loss to the surrounding space.

Кроме этого, размещение газовой камеры 1 внутри воздушной 2 позволит существенно уменьшить габаритные размеры теплообменника.In addition, the placement of the gas chamber 1 inside the air 2 will significantly reduce the overall dimensions of the heat exchanger.

Применение предложенного технического решения позволит уменьшить габаритные размеры теплообменника, уменьшить потери тепла в окружающее пространство и повысить эффективность работы теплообменника.The application of the proposed technical solution will reduce the overall dimensions of the heat exchanger, reduce heat loss to the environment and increase the efficiency of the heat exchanger.

Claims

The method of heat transfer of gaseous media, for example hot gas and air, by means of a regenerative heat exchanger with a fluidized bed containing gas and air chambers with gratings for parallel passage of heat-exchanging media and sequential movement of the dispersed intermediate heat carrier, the gratings are installed obliquely, the axes of the holes in them are directed to the side lifting gratings, while the overflow pipes are perforated and located in the cavities of the chambers, which consists in passing hot gas flow through a dispersed intermediate coolant with subsequent transfer of the obtained heated fluidized bed of the coolant from the gas to the air chamber with further passing through the specified layer of air, characterized in that the flow of the dispersed intermediate coolant at the outlet of the gas chamber is divided into two streams, each of which is then turned into opposite sides through 180 ° and direct along the walls of the gas chamber, the gas stream after passing through the dispersed intermediate heat stream carrier further fed along the outer perimeter of the air chamber, wherein the surface gratings operate with longitudinal ribs, wherein the rib height is selected approximately equal to the thickness of the intermediate fluidized bed of the particulate heat carrier.