RU2758074C1 - Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation - Google Patents

Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2758074C1
RU2758074C1 RU2021110245A RU2021110245A RU2758074C1 RU 2758074 C1 RU2758074 C1 RU 2758074C1 RU 2021110245 A RU2021110245 A RU 2021110245A RU 2021110245 A RU2021110245 A RU 2021110245A RU 2758074 C1 RU2758074 C1 RU 2758074C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchange
air
tube
tube bundle
frame
Prior art date
Application number
RU2021110245A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Евгеньевич Бусырев
Original Assignee
ЗАО "Ухтинский экспериментально-механический завод"
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 ЗАО "Ухтинский экспериментально-механический завод" filed Critical ЗАО "Ухтинский экспериментально-механический завод"
Priority to RU2021110245A priority Critical patent/RU2758074C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758074C1 publication Critical patent/RU2758074C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to tubular regenerators of gas pumping units (GPU). In the method for heat recovery of exhaust gases, the cyclic air is directed into Z-shaped heat exchange tubes of the tube bundle, the supply of cyclic air is carried out through the upper branches of the Z-shaped tube bundle, and it is taken away at the outlet through the lower branches, the air in the tube bundles is moved along a Z-shaped trajectory with two-way or four-way modes of movement of the cyclic air in the tube bundle, the exhaust off gas for uniform heating of the tube bundle is divided into several fan flows and directed into the inter-tube space transversely to the tube bundle, Z-cross heat exchange is provided between the cyclic air in the pipes and the exhaust gases in the inter-tube space through the walls of the heat exchange pipes of the tube bundle.
EFFECT: method is implemented in the device in the form of a frame-box housing of a regenerator unit consisting of heat exchange modules that are made of a metal rigid frame, it has the shape of a box section of a bent profile, heat exchange modules are equipped with bypass air ducts and equipped with diffuser-confusor boxes for exhaust gases, while a fan separator of the exhaust gas flow is installed in the diffuser box.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к трубчатым регенераторам газоперекачивающих установок (ГПУ) с целью повышения их к.п.д. за счет использования в рабочем цикле теплоты отходящих выхлопных газов.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to tubular regenerators of gas pumping units (GPU) in order to increase their efficiency. due to the use in the operating cycle of the heat of the exhaust exhaust gases.

Изобретение основано на классическом принципе теплообмена между двумя разнотемпературными теплоносителями, контактирующими между собой через теплопроводящую поверхность при встречном или перекрестном движении потоков по двум смежным и изолированным системам каналов, заключенных в едином замкнутом пространстве, оснащенном входными и выходными патрубками для сквозного транзита теплоносителей, представляющих собой примирительно к ГТК-10-4, с одной стороны, поток отходящих выхлопных газов с температурой 500-800°С, а с другой - поток сжатого воздуха с температурой выхода из компрессора около 200°С и нагреваемого в теплообменнике примерно до 400°С для подачи в камеру сгорания газоперекачивающей установки (ГПУ). Именно этот эффект -дополнительный нагрев сжатого воздуха ориентировочно от 200°С до 400°С за счет теплоты отходящих газообразных продуктов сгорания, обеспечивает повышение к.п.д. ГПУ, снижение расхода топлива и ряд других преимуществ [1] (стр. 348-388).The invention is based on the classical principle of heat exchange between two different-temperature coolants in contact with each other through a heat-conducting surface during counter or cross flow of flows along two adjacent and isolated systems of channels, enclosed in a single closed space, equipped with inlet and outlet pipes for through transit of coolants, which are conciliatory to GTK-10-4, on the one hand, a flow of exhaust exhaust gases with a temperature of 500-800 ° C, and on the other, a flow of compressed air with a compressor outlet temperature of about 200 ° C and heated in a heat exchanger to about 400 ° C for supply into the combustion chamber of a gas compressor unit (GPU). It is this effect - additional heating of compressed air from approximately 200 ° C to 400 ° C due to the heat of the exhaust gaseous combustion products, which provides an increase in efficiency. GPU, reduced fuel consumption and a number of other advantages [1] (pp. 348-388).

Но конструктивное исполнение регенерационных устройств и теплообменных процессов не является совершенными.But the design of the regeneration devices and heat exchange processes is not perfect.

Известен трубчатый регенератор GEA (Германия), послуживший прототипом для многих отечественных аналогичных устройств. Регенератор состоит из цилиндрического корпуса (кожуха), который снабжен опорными лапами для размещения на опорной конструкции в подвешенном состоянии. Верхний и нижний торцы корпуса снабжены неподвижными трубными досками (или решетками) в виде дисковых плит с отверстиями, предназначенными для жесткого фиксирования, например, методом развальцовывания и/или сварки, пучка прямых теплообменных труб, размещенных внутри корпуса вдоль его оси. Схема течения теплоносителей - однократный ход по газам и многократный - по воздуху при общем противотоке: выхлопные газы движутся по трубкам снизу вверх, воздух движется сверху вниз в межтрубном пространстве, которое оборудовано горизонтальными перегородками, направляющими поток нагреваемого воздуха поперек пучка труб попеременно от центра корпуса к периферии (стенке корпуса) и обратно. Число таких ходов составляет четыре. Компенсация неравнозначных термических удлинений корпуса и пучка прямых теплообменных труб, механически закрепленных в неподвижных трубных досках, жестко связанных с кожухом (корпусом) устройства, осуществляется с помощью многолинзового компенсатора, встроенного в корпус регенератора, что позволяет корпусу удлиняться сообразно удлинениям трубного пучка [2] (рисунок 6.20).Known tubular regenerator GEA (Germany), which served as a prototype for many domestic similar devices. The regenerator consists of a cylindrical body (casing), which is equipped with support legs for hanging on a support structure. The upper and lower ends of the casing are equipped with fixed tube plates (or grids) in the form of disk plates with holes designed for rigid fixation, for example, by flaring and / or welding, of a bundle of straight heat exchange tubes placed inside the casing along its axis. The flow diagram of the coolants - a single stroke through gases and multiple - through the air with a general counterflow: the exhaust gases move through the tubes from bottom to top, the air moves from top to bottom in the annular space, which is equipped with horizontal baffles directing the flow of heated air across the tube bundle alternately from the center of the body to periphery (wall of the case) and vice versa. The number of such moves is four. Compensation of unequal thermal elongations of the body and the bundle of straight heat exchange tubes, mechanically fixed in stationary tube sheets, rigidly connected to the casing (body) of the device, is carried out using a multilens compensator built into the body of the regenerator, which allows the body to elongate in accordance with the elongations of the tube bundle [2] ( Figure 6.20).

Недостатками известного решения являются: использование прямых теплообменных труб, способных при термическом удлинении деформироваться и разрушаться; применение многолинзового компенсатора, встроенного в корпус, что снижает его прочность и ограничивает использование регенератора по внутреннему давлению; наличие двух неподвижных дисковых трубчатых досок, усложняющих конструкцию и увеличивающих массу регенератора; недостаточная эффективность теплообмена при противоточно-перекрестном движении циклового воздуха в межтрубном пространстве прямоточного пучка теплообменных труб.The disadvantages of the known solution are: the use of straight heat-exchange tubes capable of deforming and breaking during thermal elongation; the use of a multilens compensator built into the housing, which reduces its strength and limits the use of the regenerator in terms of internal pressure; the presence of two stationary disk tubular plates, which complicate the design and increase the mass of the regenerator; insufficient efficiency of heat exchange during counter-flow-cross movement of cyclic air in the annular space of a direct-flow bundle of heat exchange tubes.

Известен кожухотрубный теплообменник с U-образными трубами. Состоит из цилиндрического кожуха (корпуса), в котором расположены U-образные теплообменные трубы. Для укладки U-образных элементов в трубном пучке, они изготавливаются с разным радиусом закругления гибочного колена. Такая конструкция U-образного пучка позволяет ему свободно перемещаться в кожухе при компенсации температурного расширения. При этом аппарат имеет единую камеру для входа и выхода потока и единую трубную решетку, диаметр и толщина которой определяется количеством труб в трубном пучке. Известно, что в кожухотрубном теплообменнике с U-образными трубами проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты теплоотдачи с поверхности труб невысоки, что снижает общий коэффициент теплообмена в аппарате [3] (стр. 28-30, рисунок 2.9).Known shell-and-tube heat exchanger with U-shaped tubes. Consists of a cylindrical casing (body) in which U-shaped heat exchange tubes are located. For laying U-shaped elements in a tube bundle, they are made with different bending radius curvature. This design of the U-shaped beam allows it to move freely in the casing while compensating for thermal expansion. In this case, the apparatus has a single chamber for the inlet and outlet of the flow and a single tube sheet, the diameter and thickness of which is determined by the number of tubes in the tube bundle. It is known that in a shell-and-tube heat exchanger with U-shaped tubes, the cross-section of the annular space is 2-3 times larger than the cross-section inside the tubes. Therefore, with equal flow rates of coolants with the same phase state, the heat transfer coefficients from the pipe surface are low, which reduces the overall heat transfer coefficient in the apparatus [3] (p. 28-30, Figure 2.9).

Недостатками известного решения являются: низкий коэффициент теплообмена; наличие трубной решетки, утяжеляющей ее металлоемкость, а также ограничивающей диаметральные размеры корпуса регенератора; необходимость использования для формирования U-образного теплообменного элемента длинномерных бесшовных труб повышенной сложности изготовления и стоимостной категории; использование труб различной длины, что приводит к технологическим отходам; индивидуальная перенастройка гибочного оборудования из-за разных радиусов закругления гибочных колен U-образных теплообменных элементов в трубном пучке, что приводит к увеличению времени изготовления и удорожанию продукции.The disadvantages of the known solution are: low heat transfer coefficient; the presence of a tube sheet, which makes its metal consumption heavier, and also limits the diametrical dimensions of the regenerator body; the need to use for the formation of a U-shaped heat exchange element of long seamless pipes of increased complexity of manufacture and cost category; the use of pipes of different lengths, which leads to technological waste; individual readjustment of the bending equipment due to different radii of curvature of the bending elbows of the U-shaped heat exchange elements in the tube bundle, which leads to an increase in production time and a rise in the cost of products.

Наиболее близким по технологической сущности является воздухоподогреватель трубчатый с U-образными трубами, например, ВПТ-1400, выпускаемый ЗАО «ΟΡΜΑ» в модульном исполнении, принятый нами за прототип. За счет U-образных труб достигается термоэластичность теплообменника. U-образные трубки формируют пакеты трубных пучков. Два последовательно соединенных пакета трубных пучков образуют модуль. Концы U-образных труб закреплены в вертикальных трубных досках (решетках). Дистанцирование труб в трубном пучке достигается за счет поперечных перегородок, которые ограничивают межтрубное пространство модуля с помощью покрывных стенок. Три модуля, размещенные один над другим, образуют башенный тип сооружения секции теплообменного элемента с единой составной вертикальной трубной доской (решеткой) в виде несущего бокового габарита башенной секции. Со стороны трубной доски (решетки) секция снабжена вертикальными трубно-сферическими коллекторами подвода и отвода воздуха с перепускной камерой, соединяющей пакеты трубных пучков по воздушному тракту, что обеспечивает четырехходовую противоточную систему движения воздуха в трубном U-образном пространстве теплонагревателя. Газ от выхлопной трубы ГТУ подается к боковой поверхности теплообменного элемента с помощью диффузорного короба и в одноходовом перекрестном режиме пересекает межтрубное пространство модуля с выходом через конфузор, размещенный с противоположной стороны, в вытяжную трубу, нагревая при этом циркулирующий в трубках трубного пучка цикловой воздух [4] (стр. 18-20, рисунок 6.20).The closest in technological essence is a tubular air heater with U-shaped pipes, for example, VPT-1400, manufactured by ZAO "ΟΡΜΑ" in a modular design, which we have taken as a prototype. Due to the U-tubes, the heat exchanger is thermoelastic. U-shaped tubes form bundles of tube bundles. Two bundles of tube bundles connected in series form a module. The ends of the U-shaped tubes are fixed in vertical tube sheets (grates). The spacing of pipes in the tube bundle is achieved by means of transverse baffles, which limit the annular space of the module by means of cover walls. Three modules, placed one above the other, form a tower-type structure of the heat-exchange element section with a single composite vertical tube sheet (grid) in the form of a bearing lateral dimension of the tower section. On the side of the tube sheet (grid), the section is equipped with vertical tube-spherical air supply and exhaust manifolds with a bypass chamber connecting the tube bundles along the air path, which provides a four-way counterflow system of air movement in the U-shaped tube space of the heat heater. Gas from the exhaust pipe of the GTU is supplied to the side surface of the heat exchange element using a diffuser box and in a one-way cross mode crosses the annular space of the module with an outlet through a confuser located on the opposite side into the exhaust pipe, while heating the cyclic air circulating in the tubes of the tube bundle [4 ] (p. 18-20, figure 6.20).

Недостатками известного прототипа являются: U-образные теплообменные трубы со сложной технологией гнутья; недостаточно плотной упаковки пучка труб и пониженным теплообменном (степень регенерации для ВПТ-1400 составляет 0,72); многоэлементность сборочной конструкции секции, громоздкость ее башенного сооружения; массивность составной трубной решетки (доски) в виде несущего бокового габарита секции; усложненность конструкции воздушных коллекторов из-за наличия перепускной камеры.The disadvantages of the known prototype are: U-shaped heat exchange tubes with complex bending technology; insufficiently tight packing of the tube bundle and low heat exchange (the degree of regeneration for VPT-1400 is 0.72); the multi-element nature of the section assembly structure, the bulkiness of its tower structure; massiveness of the composite tube sheet (board) in the form of the bearing side dimension of the section; the complexity of the design of air collectors due to the presence of a bypass chamber.

Задачей изобретения является повышение эффективности теплообмена и создания компактного регенератора для газотурбинной установки, позволяющих устранить недостатки аналога и прототипа.The objective of the invention is to improve the efficiency of heat transfer and create a compact regenerator for a gas turbine plant, allowing to eliminate the disadvantages of the analogue and prototype.

Технологическим результатом изобретения является повышение эффективности теплообмена при одновременном снижении металлоемкости регенеративного воздухоподогревателя за счет компактности теплообменного коробчатого блока, составленного из рамных коробчатых модулей с пучком термоэластичных труб Z-образной формы и трубными досками, выполненными в стойках рамного каркаса теплообменного модуля.The technological result of the invention is to increase the efficiency of heat exchange while reducing the metal consumption of the regenerative air heater due to the compactness of the heat exchange box-shaped unit, composed of frame box modules with a bundle of thermoelastic pipes of the Z-shape and tube sheets made in the racks of the frame frame of the heat exchange module.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата автором предложен способ регенерации тепла отходящих выхлопных газов, включающий подачу циклового воздуха в теплообменные трубы трубного пучка, перемещение циклового воздуха по трубному пучку в двух- или четырехходовом режимах, нагрев теплообменных труб перекрестным потоком выхлопных газов, процесс теплообмена между цикловым воздухом и отходящими выхлопными газами через стенки трубного пучка, отличающийся тем, что цикловой воздух направляют в Z-образные теплообменные трубы трубного пучка, подачу циклового воздуха осуществляют через верхние ветви Z-образного трубного пучка, а отбирают его на выходе через нижние ветви, воздух в трубных пучках перемещают по Z-образной траектории, при двухходовом режиме теплообмена цикловой воздух подают одновременно в два теплообменных модуля и отбирают одновременно из двух соседних, при четырехходовом режиме цикловой воздух подают и отводят последовательно в каждом теплообменном модуле, выхлопной отходящий газ для равномерного нагрева трубного пучка разделяют на несколько веерных потоков и направляют их в межтрубное пространство поперечно трубному пучку, обеспечивают Z-перекрестный теплообмен между цикловым воздухом в трубах и отходящими выхлопными газами в межтрубном пространстве.To solve the problem and achieve the technical result, the author proposed a method for recovering the heat of exhaust exhaust gases, including the supply of cyclic air to the heat exchange tubes of the tube bundle, the movement of cyclic air along the tube bundle in two- or four-way modes, heating the heat exchange tubes with a cross flow of exhaust gases, the process of heat exchange between the cycle air and the exhaust exhaust gases through the walls of the tube bundle, characterized in that the cycle air is directed to the Z-shaped heat exchange tubes of the tube bundle, the cycle air is supplied through the upper branches of the Z-shaped tube bundle, and it is taken out at the outlet through the lower branches, air in tube bundles is moved along a Z-shaped trajectory, in a two-pass mode of heat exchange, cyclic air is supplied simultaneously to two heat exchange modules and taken simultaneously from two adjacent ones, in a four-pass mode, cyclic air is supplied and removed sequentially in each heat exchange module, the exhaust exhaust gas for uniform heating of the tube bundle is divided into several fan streams and directed into the annular space transversely to the tube bundle, providing Z-cross heat exchange between the cycle air in the tubes and the exhaust exhaust gases in the annular space.

Способ реализуется в устройстве для регенерации тепла отходящих выхлопных газов в виде каркасно-коробчатого корпуса блока регенератора трубчатого газотурбинной установки, включающего теплообменные модули, трубные доски, пучки термоэластичных теплообменных труб одинаковой длины и диаметра с концами, жестко закрепленными в отверстиях трубных досок, коллекторы для подвода и отвода циклового воздуха, диффузорно-конфузорные короба соответственно для подвода и отвода отходящих выхлопных газов из камеры сгорания газотурбинной установки, отличающиеся тем, что теплообменные модули изготавливаются из металлического рамного каркаса, рамному каркасу придают прямоугольную форму коробчатого сечения из гнутого профиля, на боковых стойках рамного каркаса устанавливают трубные доски, на одной стойке рамного каркаса трубную доску монтируют в нижней части, на противоположной стойке - в верхней части, внутрь рамного каркаса заключают трубный пучок, теплообменным трубам пучка придают Z-образную гибочную форму, изгиб каждой ветви гибочной формы выполняют дважды, расстояние между центрами изгибных колен устанавливают одинаковым, что обеспечивает равенство гидродинамических сопротивлений ветвей, модули смыкают по торцам коробчатых каркасных рам, создают жесткий самонесущий коробчатый корпус регенераторного блока, воздушные коллекторы монтируют только в зонах трубных досок, открытые панели трубного пучка каркасно-коробчатого корпуса снабжают диффузорно-конфузорными коробами, при этом на диффузорном коробе устанавливают веерные разделители потока отходящих выхлопных газов для равномерного нагрева трубного пучка.The method is implemented in a device for heat recovery of exhaust exhaust gases in the form of a frame-box body of a regenerator unit of a tubular gas turbine plant, including heat exchange modules, tube sheets, bundles of thermoelastic heat exchange tubes of the same length and diameter with ends rigidly fixed in the holes of the tube sheets, manifolds for supply and removal of cyclic air, diffuser-confusor ducts, respectively, for supplying and removing exhaust gases from the combustion chamber of a gas turbine installation, characterized in that the heat exchange modules are made of a metal frame frame, the frame frame is given a rectangular box-section shape from a bent profile, on the side racks of the frame of the frame, tube sheets are installed, on one rack of the frame, the tube sheet is mounted in the lower part, on the opposite rack in the upper part, a tube bundle is enclosed inside the frame frame, a Z-shaped bending pattern is attached to the heat exchange tubes of the beam rmu, the bending of each branch of the bending form is performed twice, the distance between the centers of the bending bends is set the same, which ensures the equality of the hydrodynamic resistances of the branches, the modules close at the ends of the box frame frames, create a rigid self-supporting box-shaped body of the regenerator unit, the air collectors are mounted only in the zones of the tube plates, open panels of the tube bundle of the frame-box body are provided with diffuser-confuser boxes, while fan-shaped separators of the exhaust exhaust gas flow are installed on the diffuser box for uniform heating of the tube bundle.

Графический материал представлен:Graphic material presented:

Фиг. 1 - общий вид блока регенератора трубчатого; Фиг. 2 - компоновка блока регенератора, вид сверху; Фиг. 3 - каркас рамный теплообменного модуля; Фиг. 4 - трубный пучок; Фиг. 5 - Z-образная теплообменная труба; Фиг. 6 - схема двухходового движения циклового воздуха в трубном пучке; Фиг. 7 - схема четырехходового движения циклового воздуха в трубном пучке.FIG. 1 - General view of the tubular regenerator unit; FIG. 2 - layout of the regenerator unit, top view; FIG. 3 - frame heat exchange module; FIG. 4 - tube bundle; FIG. 5 - Z-shaped heat exchange tube; FIG. 6 is a diagram of a two-way movement of cyclic air in a tube bundle; FIG. 7 is a diagram of a four-way motion of cyclic air in a tube bundle.

Устройство включает: 1 - каркасно-коробчатый корпус блока регенератора; 2 - теплообменные модули; 3 - воздушные коллекторы для подвода циклового воздуха в теплообменные модули; 4 - воздушные коллекторы для отвода циклового воздуха из теплообменных модулей; 5 - перепускные воздухопроводы; 6 - воздуховод для подачи циклового воздуха к воздушным коллекторам; 7 - воздуховод для сбора циклового воздуха от воздушных коллекторов; 8 - веерный разделитель выхлопных газов; 9 - верхняя трубная доска; 10 - нижняя трубная доска; 11 - диффузор для подвода выхлопных газов; 12 - конфузор для отвода выхлопных газов в вытяжную трубу; 13 - вытяжная труба; 14 - рамный каркас теплообменного модуля; 15, 16 - боковые стойки рамного каркаса; 17 - трубный пучок; 18 - теплообменная труба Z-образной формы; 19 - верхняя ветвь Z-образной теплообменной трубы; 20 - нижняя ветвь Z-образной теплообменной трубы.The device includes: 1 - frame-box body of the regenerator unit; 2 - heat exchange modules; 3 - air collectors for supplying cyclic air to heat exchange modules; 4 - air collectors for removal of cyclic air from heat exchange modules; 5 - bypass air ducts; 6 - air duct for supplying cyclic air to air collectors; 7 - air duct for collecting cyclic air from air collectors; 8 - fan-shaped exhaust gas separator; 9 - upper tube sheet; 10 - lower tube sheet; 11 - diffuser for supplying exhaust gases; 12 - confuser for removing exhaust gases into the chimney; 13 - exhaust pipe; 14 - frame frame of the heat exchange module; 15, 16 - side struts of the frame; 17 - tube bundle; 18 - Z-shaped heat exchange tube; 19 - the upper branch of the Z-shaped heat exchange tube; 20 - the lower branch of the Z-shaped heat exchange tube.

Устройство для регенерации тепла отходящих выхлопных газов включает каркасно-коробчатый корпус 1, теплообменные модули 2, изготовленные из металлического рамного каркаса 14, имеющего пространственную форму коробчатого сечения, выполненного из гнутого профиля; на боковых стойках коробчатого каркаса жестко закрепляют трубные доски, при чем на одной боковой стойке 15 трубная доска 9 размещается в верхней части стойки, а на противоположной стойке 16 трубная доска 10 размещается в верхней части стойки, что универсализирует коробчатый каркас, так как изменение его положения на 180° не влияет на порядок размещения трубных досок на боковых стойках. Указанный порядок размещения трубных досок позволяет встроить внутрь модульного каркаса 14 трубный пучок 17, составленный из Z-образных теплообменных труб 18 с двойным изгибом ветвей и уложенных в шахматном порядке, что обеспечивает наибольшую компактность пучка в замкнутом межтрубном пространстве; Z-образная гибочная форма теплообменных труб обеспечивает термоэластичность трубного пучка, выражающуюся в самокомпенсации линейных деформаций труб при изменении температуры; выбранная Z-образная гибочная форма в виде ломанной прямой с двойным изгибом минимизирует свободное от труб межтрубное пространство и отличается увеличенной длиной трубного канала в границах прямоугольного каркаса теплообменного модуля, а при одинаковости при этом диаметров и длин трубных ветвей обеспечивает равенство их гидродинамических сопротивлений, что, соответственно, повышает теплообменную эффективность трубного пучка; особенностью Z-образной гибочной формы является возможность использования для формирования трубного пучка труб одинаковой длины L0 с одинаковым расстоянием lц между центрами гибочных колен: это расстояние рассчитывается с учетом габаритов рамного каркаса теплообменного модуля и длины теплообменных труб L0 из выражения:The device for heat recovery of exhaust exhaust gases includes a frame-box body 1, heat exchange modules 2 made of a metal frame frame 14 having a three-dimensional box-section shape made of a bent profile; on the side posts of the box frame, the tube sheets are rigidly fixed, and on one side rack 15, the tube sheet 9 is located in the upper part of the rack, and on the opposite rack 16, the tube sheet 10 is located in the upper part of the rack, which universalizes the box frame, since changing its position 180 ° does not affect the order of the tube sheets on the side racks. The specified order of placement of tube sheets allows you to build inside the modular frame 14 tube bundle 17, composed of Z-shaped heat exchange tubes 18 with double bending of the branches and stacked in a staggered manner, which provides the greatest compactness of the bundle in a closed annular space; The Z-shaped bending shape of the heat exchange tubes provides thermoelasticity of the tube bundle, which is expressed in the self-compensation of linear deformations of the tubes when the temperature changes; the selected Z-shaped bending shape in the form of a broken straight line with a double bend minimizes the annular space free from pipes and differs in the increased length of the pipe channel within the rectangular frame of the heat exchange module, and with the same diameters and lengths of the pipe legs ensures the equality of their hydrodynamic resistance, which, accordingly, it increases the heat exchange efficiency of the tube bundle; A feature of the Z-shaped bending shape is the ability to use for the formation of a tube bundle of pipes of the same length L 0 with the same distance l c between the centers of the bending bends: this distance is calculated taking into account the dimensions of the frame frame of the heat exchange module and the length of the heat exchange tubes L 0 from the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где lн и lв - длины соответственно верхней 19 и нижней 20 гибочных ветвей Z-образной теплообменной трубы. Эти полезные особенности упрощают гибочные операции, так как не требуют перенастройки гибочного оборудования, исключают отходы труб и сокращают время на их раскрой. Изменение положения теплообменного модуля поворотом на 180° не нарушает его функциональное назначение, что упрощает сборку корпуса регенерационного блока и перенастройку режимов теплообмена с двухходового на четырехходовой и обратно. Концы трубного пучка верхних изогнутых ветвей 19 фиксируются в отверстиях верхней трубной доски 9, закрепленной на боковой стойке 15 рамного каркаса 14, нижние ветви 20 фиксируется в отверстиях нижней трубной доски 10, установленной на противоположной боковой стойке 16 каркаса 14 теплообменного модуля 2. Оснащенные таким образом теплообменные модули 2 жестко смыкают по их рамным торцам и создают коробчатый самонесущий корпус 1 теплообменного блока. Боковые стойки 15, 16 теплообменных модулей 2 оснащают воздушными коллекторами 3 только в зонах трубных досок 9, 10, чем снижают металлоемкость конструкции в целом. При этом подача циклового воздуха к воздушным коллекторам 3 осуществляется по воздуховоду 6, а отвод от воздушных коллекторов 4 по воздуховоду 7. Таким образом, цикловой воздух поступает в Z-образный трубный пучок 17 через верхние трубные доски 9, отводится из теплообменного трубного пучка через нижние трубные доски 10. При этом создается двухходовой режим движения циклового воздуха в теплообменнике. Для наглядности этот режим представлен на схеме двухходового движения циклового воздуха (см. фиг. 6) в трубном пучке. Как видно из схемы, первый ход движения реализуется поступлением воздуха из воздуховода 6 через воздушные коллекторы 3 в трубные пучки двух соседних теплообменных модулей 2 к перепускным воздухопроводам 5, которые направляют воздух в два последующих теплообменных модуля 2 для второго противоточного хода движения воздуха с выходом в отводные воздушные коллекторы 4 и сборный воздуховод 7, направляющий кондиционно нагретый воздух в камеру сгорания ГТУ. В графическом приложении на фиг. 7 представлена также схема четырехходового движения циклового воздуха в трубном пучке. Как видно из схемы, реализация четырехходового режима осуществляется за счет перенастройки воздушных коммуникаций без изменения существующей номенклатуры оборудования, при этом цикловой воздух подводится через воздуховод 6 и воздушный коллектор 3 в трубный пучок одного из теплообменных модулей 2 и далее с помощью перепускных воздухопроводов 5 последовательно перенаправляется в каждый последующий теплообменный модуль, включенный в каркасно-коробчатый корпус блока регенератора. Каждое перенаправление создает противоточный ход циклового воздуха, обеспечивая, при наличии четырех теплообменных модулей, четырехходовой режим его движения в трубных пучках. Из фиг. 2 видно, что открытые панели трубного пучка каркасно-коробчатого корпуса 1 оборудуют диффузорным 11 и конфузорным 12 коробами для продвижения отходящих выхлопных газов через межтрубное пространство трубных пучков, при этом выхлопные газы поступают из камеры сгорания ГТУ к диффузору 11, дополнительно оборудованному веерным разделителем 8 горячего потока газа на ряд веерных расходящихся струй, поступающих в межтрубное пространство трубного пучка для равномерного прогрева теплообменных труб с выходом в конфузор 12 для отвода выхлопных газов в вытяжную трубу 13.where l n and l in are the lengths of the upper 19 and lower 20 bending branches of the Z-shaped heat exchange tube, respectively. These useful features simplify bending operations, as they do not require re-adjustment of the bending equipment, eliminate pipe waste and reduce the time for their cutting. Changing the position of the heat exchange module by turning it by 180 ° does not violate its functional purpose, which simplifies the assembly of the body of the regeneration unit and reconfiguring the heat exchange modes from two-way to four-way and vice versa. The ends of the tube bundle of the upper bent legs 19 are fixed in the holes of the upper tube plate 9 fixed on the side post 15 of the frame frame 14, the lower branches 20 are fixed in the holes of the bottom tube plate 10 mounted on the opposite side post 16 of the frame 14 of the heat exchange module 2. Equipped in this way heat exchange modules 2 are rigidly closed along their frame ends and create a box-shaped self-supporting body 1 of the heat exchange unit. The side posts 15, 16 of the heat exchange modules 2 are equipped with air collectors 3 only in the zones of the tube plates 9, 10, thereby reducing the metal consumption of the structure as a whole. In this case, the supply of cyclic air to the air collectors 3 is carried out through the air duct 6, and the exhaust from the air collectors 4 through the air duct 7. Thus, the cyclic air enters the Z-shaped tube bundle 17 through the upper tube sheets 9, is removed from the heat exchange tube bundle through the lower tube sheets 10. This creates a two-way mode of movement of cyclic air in the heat exchanger. For clarity, this mode is shown in the diagram of the two-way movement of cyclic air (see Fig. 6) in the tube bundle. As can be seen from the diagram, the first course of movement is realized by the flow of air from the air duct 6 through the air collectors 3 into the tube bundles of two adjacent heat exchange modules 2 to the bypass air ducts 5, which direct the air to two subsequent heat exchange modules 2 for the second counter-current air movement with an outlet to the outlet air collectors 4 and a collection air duct 7, which directs the conditioned air to the combustion chamber of the gas turbine unit. In the graphical application of FIG. 7 also shows a diagram of a four-way motion of cyclic air in a tube bundle. As can be seen from the diagram, the implementation of the four-way mode is carried out by reconfiguring the air communications without changing the existing equipment nomenclature, while the cyclic air is supplied through the air duct 6 and the air manifold 3 to the tube bundle of one of the heat exchange modules 2 and then, using the bypass air ducts 5, is sequentially redirected to each subsequent heat exchange module included in the frame-box casing of the regenerator unit. Each redirection creates a counter-current flow of the cyclic air, providing, in the presence of four heat exchange modules, a four-way mode of its movement in tube bundles. From FIG. 2, it can be seen that the open panels of the tube bundle of the frame-box body 1 are equipped with diffuser 11 and confuser 12 boxes for the advancement of exhaust exhaust gases through the annular space of the tube bundles, while the exhaust gases flow from the combustion chamber of the GTU to the diffuser 11, which is additionally equipped with a fan-shaped separator 8 of the hot gas flow to a series of fan-shaped diverging jets entering the annular space of the tube bundle for uniform heating of the heat exchange tubes with an outlet to the confuser 12 to divert the exhaust gases into the chimney 13.

Устройство работает следующим образом. Предварительно нагретый в осевом компрессоре цикловой воздух подается по воздуховоду 6 к спаренным воздушным коллекторам 3, подсоединенным к сдвоенным трубным доскам 9, далее воздух поступает в Z-образные теплообменные трубы трубных пучков двух смежных теплообменных модулей 2 и с помощью перепускных воздухопроводов 5 перенаправляется в Z-образные трубные пучки двух соседних теплообменных модулей, откуда поступает в спаренный воздушный коллектор 4 для отвода с помощью сборного воздуховода 7 в камеру сгорания ГТУ. При этом реализуется двухходовой режим движения циклового воздуха в теплообменных трубных пучках. Четырехходовой режим нагрева циклового воздуха при движении в теплообменных модулях регенератора достигается переоборудованием воздушных коммуникаций для обеспечения последовательно противоточного хода циклового воздуха в каждом из теплообменных модулей. Режим регенерации тепла отходящих выхлопных газов запускается путем подачи их из камеры сгорания ГТУ в межтрубное пространство трубного пучка регенератора. Раскаленный газ поступает в диффузорный короб 11 через встроенный в диффузор веерный разделитель потоков 8 на ряд веерных струй для равномерного прогрева теплообменных труб трубного пучка, газ проходит межтрубное пространство в одноходовом режиме и подается в конфузор 12 для вывода в вытяжную трубу 13. Нагрев циклового воздуха в теплообменных трубах реализуется за счет теплообмена с выхлопными газами через металлические стенки теплообменных труб.The device works as follows. The cyclic air preheated in the axial compressor is supplied through the air duct 6 to the paired air manifolds 3 connected to the double tube sheets 9, then the air enters the Z-shaped heat exchange tubes of the tube bundles of two adjacent heat exchange modules 2 and is redirected to the Z- shaped tube bundles of two adjacent heat exchange modules, from where it enters the paired air manifold 4 for removal with the help of the collecting air duct 7 into the combustion chamber of the GTU. In this case, a two-way mode of cyclic air movement in heat exchange tube bundles is realized. The four-way heating mode of the cyclic air when moving in the heat exchange modules of the regenerator is achieved by re-equipping the air communications to ensure a consistently counter-current flow of the cyclic air in each of the heat exchange modules. The mode of heat recovery of exhaust exhaust gases is started by supplying them from the combustion chamber of the GTU to the shell side of the regenerator tube bundle. The incandescent gas enters the diffuser duct 11 through the fan flow divider 8 built into the diffuser into a series of fan jets for uniform heating of the heat exchange tubes of the tube bundle, the gas passes the annular space in a single-pass mode and is fed into the confuser 12 for output to the chimney 13. Heating of the cyclic air in heat exchange tubes is realized due to heat exchange with exhaust gases through the metal walls of the heat exchange tubes.

Пример осуществления способа и устройства.An example of the implementation of the method and device.

Осуществление способа регенерации тепла отходящих выхлопных газов реализуется в предлагаемом устройстве. Предлагаемое устройство - это регенератор трубчатый РТ 220.00.0000-01, предназначенный для замены штатных регенераторов газотурбинного компрессора ГТК-10-4, имеет габаритные и монтажные присоединительные размеры аналогичные заменяемым, эффективность компенсации линейных тепловых деформаций теплообменных труб превышает возможности заменяемых регенераторов, материальное исполнение способно выдержать тепловое и коррозионное воздействие выхлопных газов ГТУ. Поверхности теплообмена изготовлены из труб ∅25x1 мм, сталь 15ХМ ТУ 14-31664-89, корпус и трубные доски изготовлены из листа сталь 12ХМ ТУ 14-1-5093-92 и ТУ 108-1263-84. Все детали воздуховодов изготовлены из листовой стали 09ГС ГОСТ 5520-79. Техническая характеристика регенератора трубчатого РТ 220.00.0000.01 представлена в таблице 1.The implementation of the method of heat recovery from exhaust exhaust gases is implemented in the proposed device. The proposed device is a tubular regenerator RT 220.00.0000-01, designed to replace the standard regenerators of the GTK-10-4 gas turbine compressor, has the same overall and mounting dimensions as replaceable ones, the efficiency of compensating for linear thermal deformations of the heat exchange tubes exceeds the capabilities of the replaceable regenerators, the material design is capable of withstand the thermal and corrosive effects of GTU exhaust gases. Heat exchange surfaces are made of pipes ∅25x1 mm, steel 15XM TU 14-31664-89, body and tube sheets are made of steel sheet 12XM TU 14-1-5093-92 and TU 108-1263-84. All parts of the air ducts are made of sheet steel 09GS GOST 5520-79. The technical characteristics of the tubular regenerator RT 220.00.0000.01 are presented in Table 1.

Figure 00000002
Figure 00000002

Как видно, агрегат ГТК-10-4 включает 2 регенератора трубчатых РТ 220.00.0000.01. Регенератор используется с двухходовой или четырехходовой схемой циклового движения воздуха. Расположение теплообменных труб в трубной доске и трубном пучке шахматное. Это обеспечивает увеличение пристенных скоростей течения потока газа, что способствует интенсификации конвективного теплообмена за счет разрушения пристенного пограничного слоя на поверхности теплообменных труб.As you can see, the GTK-10-4 unit includes 2 tubular regenerators RT 220.00.0000.01. The regenerator is used with a two-way or four-way air cycle. The arrangement of heat exchange tubes in the tube sheet and tube bundle is staggered. This provides an increase in the near-wall flow rates of the gas flow, which contributes to the intensification of convective heat transfer due to the destruction of the near-wall boundary layer on the surface of the heat exchange tubes.

Способ регенерации тепла отходящих выхлопных газов реализуется следующим образом. Цикловой воздух, поступающий из осевого компрессора ГТУ с температурой Тк=198°С и давлением 440 кПа, направляют в Z-образные теплообменные трубы трубного пучка через верхние ветви труб, зафиксированные в отверстиях верхних трубных досок теплообменных модулей. Воздух перемещают по Z-образной траектории трубного пучка к нижним трубным доскам и перепускным воздуховодам, которые перенаправляют воздух в отверстия верхних трубных досок и теплообменные трубы последующих теплообменных модулей с отводом его, после прохождения по Z-образной траектории трубного пучка, через нижние трубные доски и сборный воздуховод в камеру сгорания ГТУ. Расход воздуха на 1 регенератор составляет 40,25 кг/с, гидравлические потери по воздуху составляют 2,87%. Отходящий выхлопной газ поступает из турбины низкого давления ГТУ с температурой Тг=507°С и давлением 105 кПа в диффузор, где разделяется на несколько веерных потоков для равномерного прогрева теплообменных труб трубного пучка. Далее в одноходовом режиме проходит межтрубное пространство поперечно трубному пучку теплообменных труб, реализует Z-перекрестный теплообмен между цикловым воздухом и отходящими выхлопными газами через стальные стенки теплообменных труб, заключенных в трубном пучке. Расход продуктов сгорания на 1 регенератор составляет 41,65 кг/с, гидравлические потери по газу составляют 4,13% (суммарная относительная потеря давления 7±0,5%). При этом температура циклового воздуха на выходе из регенератора РТ 220.00.0000.01 составляет Тр=430°С. Эффективность регенератора оценивается степенью регенерации и массой регенератора в зависимости от теплообменной поверхности трубного пучка.The method for recovering the heat of exhaust exhaust gases is implemented as follows. Cyclic air from the axial flow compressor gas turbine to a temperature T = 198 ° C and a pressure of 440 kPa is fed to a Z-shaped heat exchange tubes of the tube bundle through the upper branch pipe, fixed in the holes of the upper tube plates of heat exchange modules. The air is moved along the Z-shaped trajectory of the tube bundle to the lower tube sheets and bypass air ducts, which redirect the air into the openings of the upper tube plates and heat exchange tubes of subsequent heat exchange modules with its removal, after passing along the Z-shaped trajectory of the tube bundle, through the lower tube sheets and prefabricated air duct to the gas turbine combustion chamber. Air consumption for 1 regenerator is 40.25 kg / s, hydraulic air losses are 2.87%. The exhaust exhaust gas comes from the low-pressure turbine of the GTU with a temperature of T g = 507 ° C and a pressure of 105 kPa into a diffuser, where it is divided into several fan flows for uniform heating of the heat exchange tubes of the tube bundle. Further, in a single-pass mode, the annular space passes transversely to the tube bundle of heat exchange tubes, realizes Z-cross heat exchange between the cycle air and exhaust exhaust gases through the steel walls of the heat exchange tubes enclosed in the tube bundle. The flow rate of combustion products per 1 regenerator is 41.65 kg / s, hydraulic gas losses are 4.13% (total relative pressure loss is 7 ± 0.5%). In this case, the temperature of the cycle air at the outlet of the regenerator РТ 220.00.0000.01 is Т р = 430 ° С. The efficiency of the regenerator is assessed by the degree of regeneration and the mass of the regenerator, depending on the heat exchange surface of the tube bundle.

Степень регенерации г рассчитывается в соответствии с [2] по формуле:The degree of regeneration g is calculated in accordance with [2] by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где: Тр - температура циклового воздуха на выходе из регенератора; Тк - температура циклового воздуха на входе из конфузора регенератора; Тг - температура отходящих выхлопных газов.where: T p is the temperature of the cycle air at the outlet of the regenerator; T k is the temperature of the cyclic air at the inlet from the confuser of the regenerator; T g is the temperature of the exhaust exhaust gases.

Подставив значения Тр=430°С, Тк=198°С, Тг=507°С в ф (2), степень регенерации составит:Substituting the values of T p = 430 ° C, T k = 198 ° C, T g = 507 ° C in f (2), the degree of regeneration will be:

Figure 00000004
Figure 00000004

Эффективность предлагаемого регенератора можно оценить также в соответствии с рекомендациями того же источника [2]: выполняется сравнительный анализ зависимости площади S теплообменной поверхности и степени регенерации r от массы Μ регенератора. При этом расчетную величину поверхности S теплообмена регенератора предлагается определять из эмпирической зависимости:The efficiency of the proposed regenerator can also be assessed in accordance with the recommendations of the same source [2]: a comparative analysis of the dependence of the area S of the heat exchange surface and the degree of regeneration r on the mass Μ of the regenerator is performed. In this case, the calculated value of the heat transfer surface S of the regenerator is proposed to be determined from the empirical dependence:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Gвоз - расход воздуха ГТУ; ср воз - теплоемкость воздуха; K - коэффициент теплопроводности в регенераторе.where G car is the air flow rate of the gas turbine; with p who is the heat capacity of air; K - coefficient of thermal conductivity in the regenerator.

Рассмотрим примеры расчета.Let's consider some calculation examples.

В источнике [2] величина поверхности теплообмена S регенератора ГТУ рассчитана при условии: Gвоз=103 кг/с; K=75 Вт/(м2°С); ср воз=1,13 Дж/(м2°С).In the source [2], the value of the heat exchange surface S of the GTU regenerator is calculated under the condition: G voz = 103 kg / s; K = 75 W / (m 2 ° C); with p car = 1.13 J / (m 2 ° C).

Тогда при степени регенерации r - 0,65 поверхность теплообмена составляет Sr=0.65=2882 м2, а при r=0,8 Sr=0.8=6207 м2. Подставим в (3) дополнительно r=0,7 и r=0,75, тогда значения поверхностей теплообмена приобретут вид: Sr=0.7=3621 м2 и Sr=0.75=4656 м2. Далее для оценки массы Μ регенератора предлагается использовать удельный показатель sуд - полную массу теплообменника, приходящуюся на единицу поверхности теплообменника. Для современных трубчатых регенераторов этот показатель принимается в диапазоне sуд=14 - 17 кг/м2. Приняв показатель удельной поверхности, равной sуд=15 кг/м2, масса регенератора для рассматриваемых примеров составляет Mr=0.65=43230 кг и Мr=0.8=93105 кг. Для дополнительно рассчитанных примеров при r=0,7 и r=0,75 значения масс составляют: Мr=0.7=54315 кг, Мr=0.75=69840 кг. Воспользовавшись этой методикой, выполним аналогичные расчеты для рассматриваемого регенератора РТ 220.00.0000.01 при расходе воздуха в ГТУ Gвоз=40,25⋅2=80,5 кг/с (см. таблицу 1). Значение К и ср воз принимаются без изменений. Результаты этих расчетов приведены в сравнительной таблице 2.Then, with the degree of regeneration r - 0.65, the heat exchange surface is S r = 0.65 = 2882 m 2 , and at r = 0.8 S r = 0.8 = 6207 m 2 . Substitute in (3) additionally r = 0.7 and r = 0.75, then the values of the heat transfer surfaces will take the form: S r = 0.7 = 3621 m 2 and S r = 0.75 = 4656 m 2 . Further, to estimate the mass Μ of the regenerator, it is proposed to use the specific indicator s beats - the total mass of the heat exchanger per unit surface of the heat exchanger. For modern tubular regenerators, this indicator is taken in the range s beats = 14 - 17 kg / m 2 . Taking a specific surface parameter equal ud s = 15 kg / m 2, the weight of the regenerator for the example of M r = 0.65 = 43230 kg and M r = 0.8 = 93105 kg. For additionally calculated examples with r = 0.7 and r = 0.75, the mass values are: M r = 0.7 = 54315 kg, M r = 0.75 = 69840 kg. Using this procedure, we perform similar calculations for the considered regenerator RT 220.00.0000.01 with an air flow in the gas turbine G WHO = 40,25⋅2 = 80,5 kg / s (see. Table 1). The value of K p and WHO were adopted without change. The results of these calculations are shown in comparative table 2.

Figure 00000006
Figure 00000006

Как видно из этой таблицы, параметр Gвоз оказывает существенное влияние на расчетное значение массы регенератора Μ и это необходимо учитывать при оценке эффективности регенератора. Из таблицы видно также, что применительно к предлагаемому регенератору РТ 220.00.0000.01 при r=0,75, расчетные значения поверхности теплообменника и его массы составляют соответственно S=3639 м2 и Μ=54585 кг. Однако нам известна фактическая площадь поверхности предлагаемого теплообменника, степень регенерации которого составляет r=0,75 при расходе воздуха 80,5 кг/с. Эта площадь рассчитывается при условии известного количества теплообменных труб в 1 теплообменном модуле:As can be seen from this table, the parameter G WHO has a significant effect on the calculated value of the mass of the regenerator Μ and this must be taken into account when assessing the efficiency of the regenerator. The table also shows that in relation to the proposed regenerator RT 220.00.0000.01 at r = 0.75, the calculated values of the heat exchanger surface and its mass are, respectively, S = 3639 m 2 and Μ = 54585 kg. However, we know the actual surface area of the proposed heat exchanger, the degree of regeneration of which is r = 0.75 at an air flow rate of 80.5 kg / s. This area is calculated assuming a known number of heat exchange tubes in 1 heat exchange module:

nм=1207 ед.n m = 1207 units.

Тогда количество теплообменных труб nр в пучке теплообменного узла регенератора, состоящего из 4 теплообменных модулей, составит:Then the number of heat exchange tubes n p in the bundle of the heat exchange unit of the regenerator, consisting of 4 heat exchange modules, will be:

nр=4⋅nм=4⋅1207=4828ед.n p = 4⋅n m = 4⋅1207 = 4828 units.

Площадь поверхности одной теплообменной трубы при R=0,0125 м, h=6 м составит:The surface area of one heat exchange tube at R = 0.0125 m, h = 6 m will be:

ST=2⋅π·R·h=2⋅π⋅0,0125⋅6=0,471 м2.S T = 2⋅π · R · h = 2⋅π⋅0.0125⋅6 = 0.471 m 2 .

Площадь поверхности теплообменных труб всего трубного пучка:The surface area of the heat exchange tubes of the entire tube bundle:

Sфакг=ST⋅nр=0,471⋅4828=2274 м2.S fakg = S T ⋅n p = 0.471⋅4828 = 2274 m 2 .

Тогда, в соответствии с приведенной методикой [2] при удельном показателе sуд=15 кг/м2, расчетная масса Μр.факт на основе фактического значения площади поверхности трубного пучка, составит:Then, in accordance with the given methodology [2] with a specific indicator s beats = 15 kg / m 2 , the calculated mass Μ p.fact based on the actual value of the surface area of the tube bundle will be:

Мр.факт=Sфакт⋅sуд=2274⋅15=34110 кг.M r.fact = S fact ⋅s beats = 2274⋅15 = 34110 kg.

Сравнивая полученные значения с табличными расчетными (см. таблицу 2), можно сделать вывод о том, что по массе рассматриваемый регенератор РТ 220.00.0000.01 эффективнее расчетного в 1,6 раза.Comparing the obtained values with the calculated tabulated values (see Table 2), it can be concluded that the weight of the considered regenerator RT 220.00.0000.01 is 1.6 times more efficient than the calculated one.

Figure 00000007
Figure 00000007

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫLIST OF USED LITERATURE

1. Шварц В.А. Конструкции газотурбинных установок. - М.: Машиностроение, 1970 - 436 с.1. Schwartz V.A. Gas turbine structures. - M .: Mechanical Engineering, 1970 - 436 p.

2. Блинков С.Н. и др. (всего 14 фамилий) / Глава 6. Теплообменные аппараты ГТУ. - Екатеринбург: УрФУ, 2015. - 968 с.2. Blinkov S.N. and others (14 names in total) / Chapter 6. Heat exchangers of GTU. - Yekaterinburg: UrFU, 2015 .-- 968 p.

3. Бульгин Ю.А., Баранов С.Е. Теплообменные аппараты в нефтегазовой промышленности / Курсовое проектирование. - Воронеж: Воронежс. гос. техн. университет, 2015. - 100 с.3. Bulgin Yu.A., Baranov S.E. Heat exchangers in the oil and gas industry / Course design. - Voronezh: Voronezh. state tech. University, 2015 .-- 100 p.

4. Горюнова И.Ю., Ларионов И.Д. Регенераторы ГТУ / Уч. - метод, пособие. - Екатеринбург: Изд. Урал, унта, 2017. - 80 с.4. Goryunova I.Yu., Larionov I.D. Regenerators GTU / Uch. - method, manual. - Yekaterinburg: Ed. Ural, fur boots, 2017 .-- 80 p.

Claims (2)

1. Способ регенерации тепла отходящих газов, включающий подачу циклового воздуха в теплообменные трубы трубного пучка, перемещение циклового воздуха по трубному пучку в двух- или четырехходовом режиме, нагрев теплообменных труб перекрестным потоком выхлопных газов, процесс теплообмена между цикловым воздухом и отходящими выхлопными газами через стенки трубного пучка, отличающийся тем, что цикловой воздух направляют в Z-образные теплообменные трубы трубного пучка, подачу циклового воздуха осуществляют через верхние ветви Z-образного трубного пучка, а отбирают его на выходе через нижние ветви, воздух в трубных пучках перемещают по Z-образной траектории, при двухходовом режиме теплообмена цикловой воздух подают одновременно в два теплообменных модуля и отбирают одновременно из двух соседних, при четырехходовом режиме цикловой воздух подают и отводят последовательно в каждом теплообменном модуле, выхлопной отходящий газ для равномерного прогрева трубного пучка разделяют на несколько веерных потоков и направляют их в межтрубное пространство поперечно трубному пучку, обеспечивают Z-перекрестный теплообмен между цикловым воздухом в трубах и отходящими газами в межтрубном пространстве.1. A method for recovering the heat of exhaust gases, including the supply of cyclic air to the heat exchange tubes of the tube bundle, the movement of the cyclic air through the tube bundle in a two- or four-way mode, heating the heat exchange tubes with a cross-flow of exhaust gases, the process of heat exchange between the cyclic air and the exhaust exhaust gases through the walls tube bundle, characterized in that the cyclic air is directed into the Z-shaped heat exchange tubes of the tube bundle, the cyclic air is supplied through the upper branches of the Z-shaped tube bundle, and it is taken out through the lower branches, the air in the tube bundles is moved along the trajectories, in a two-pass mode of heat exchange, cyclic air is supplied simultaneously to two heat exchange modules and taken simultaneously from two adjacent ones, in a four-pass mode, cyclic air is supplied and removed sequentially in each heat exchange module, the exhaust exhaust gas is divided into several fan-shaped tubes for uniform heating of the tube bundle x flows and direct them into the annular space transversely to the tube bundle, provide Z-cross heat exchange between the cycle air in the tubes and the exhaust gases in the annular space. 2. Устройство в виде каркасно-коробчатого корпуса блока регенератора трубчатого газотурбинной установки для регенерации тепла отходящих выхлопных газов, включающее теплообменные модули, трубные доски, пучки термоэластичных теплообменных труб одинаковой длины с концами, жестко закрепленными в отверстиях трубных досок, коллекторы для подвода и отвода циклового воздуха, диффузорно-конфузорные короба соответственно для подвода и отвода отходящих выхлопных газов, отличающееся тем, что теплообменные модули изготавливают из металлического рамного каркаса, рамному каркасу придают прямоугольную форму коробчатого сечения из гнутого профиля, на боковых стойках рамного каркаса крепят трубные доски, на одной стойке трубную доску монтируют в верхней части, на противоположной стойке - в нижней части, внутрь рамного каркаса заключают трубный пучок, теплообменным трубам пучка придают Z-образную гибочную форму, изгиб каждой ветви гибочной формы выполняют дважды, расстояние между центрами изгибных колен устанавливают одинаковым, что обеспечивает равенство гидродинамических сопротивлений ветвей, теплообменные модули смыкают по торцам коробчатых каркасных рам, создают жесткий самонесущий коробчатый корпус регенераторного блока, воздушные коллекторы монтируют только в зонах трубных досок, теплообменные модули соединяют перепускными воздухопроводами попарно или последовательно, диффузорно-конфузорные короба устанавливают на открытые панели трубчатого пучка каркасно-коробчатого корпуса регенератора, при этом диффузорный короб снабжают веерным разделителем потока отходящих газов для равномерного прогрева трубного пучка.2. A device in the form of a frame-box body of a regenerator unit of a tubular gas turbine plant for heat recovery of exhaust exhaust gases, including heat exchange modules, tube sheets, bundles of thermoelastic heat exchange tubes of the same length with ends rigidly fixed in the holes of the tube sheets, collectors for supply and discharge of cyclic air, diffuser-confusor boxes, respectively, for the supply and removal of exhaust exhaust gases, characterized in that the heat exchange modules are made of a metal frame frame, the frame frame is given a rectangular box-section shape from a bent profile, tube sheets are attached to the side racks of the frame frame, on one rack the tube sheet is mounted in the upper part, on the opposite rack - in the lower part, the tube bundle is enclosed inside the frame frame, the heat exchange tubes of the bundle are given a Z-shaped bending shape, the bending of each branch of the bending form is performed twice, the distance between the centers of the bending bends set the same, which ensures the equality of the hydrodynamic resistances of the branches, the heat exchange modules close at the ends of the box frame frames, create a rigid self-supporting box-like body of the regenerator unit, the air collectors are mounted only in the zones of the tube plates, the heat exchange modules are connected by bypass air ducts in pairs or in series, the diffuser-confusor boxes are installed on the open panels of the tubular bundle of the frame-box body of the regenerator, while the diffuser box is equipped with a fan-shaped separator of the exhaust gas flow for uniform heating of the tube bundle.
RU2021110245A 2021-04-12 2021-04-12 Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation RU2758074C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110245A RU2758074C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110245A RU2758074C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758074C1 true RU2758074C1 (en) 2021-10-26

Family

ID=78289600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110245A RU2758074C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758074C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4474000A (en) * 1982-11-12 1984-10-02 Williams International Corporation Recuperated turbine engine
SU1539396A1 (en) * 1987-01-15 1990-01-30 Сургутское Производственное Объединение По Транспортировке И Поставке Газа "Сургуттрансгаз" Method of operation of compressor plant of trunk gas pipeline
RU2170369C1 (en) * 2000-01-10 2001-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сургутгазпром" Method of and device for reconstruction of compressor station
RU24856U1 (en) * 2002-02-18 2002-08-27 Васин Олег Евгеньевич GAS-TURBINE INSTALLATION REGENERATOR
RU34216U1 (en) * 2003-09-08 2003-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Газтехноинвест" GAS TURBINE INSTALLATION
US7251926B2 (en) * 2001-07-26 2007-08-07 Hitachi, Ltd. Gas turbine installation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4474000A (en) * 1982-11-12 1984-10-02 Williams International Corporation Recuperated turbine engine
SU1539396A1 (en) * 1987-01-15 1990-01-30 Сургутское Производственное Объединение По Транспортировке И Поставке Газа "Сургуттрансгаз" Method of operation of compressor plant of trunk gas pipeline
RU2170369C1 (en) * 2000-01-10 2001-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сургутгазпром" Method of and device for reconstruction of compressor station
US7251926B2 (en) * 2001-07-26 2007-08-07 Hitachi, Ltd. Gas turbine installation
RU24856U1 (en) * 2002-02-18 2002-08-27 Васин Олег Евгеньевич GAS-TURBINE INSTALLATION REGENERATOR
RU34216U1 (en) * 2003-09-08 2003-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Газтехноинвест" GAS TURBINE INSTALLATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2005119478A (en) METHOD FOR IMPLEMENTING HEAT EXCHANGE AND HEAT EXCHANGER FOR ITS PERFORMANCE
US20040069470A1 (en) Bent-tube heat exchanger
US3991823A (en) Multi-pass heat exchanger having finned conduits of polygonal configuration in cross-section
CN110691953B (en) Heat exchanger for a molten salt steam generator in a concentrated solar power plant
RU2758074C1 (en) Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation
CN110057215A (en) A kind of high temperature and pressure sand heat-exchanger rig
US3147742A (en) Multi-pressure waste heat boiler
US1808619A (en) Heat exchanger
KR930023695A (en) Heat exchanger unit for heat recovery steam generator
CN102992265B (en) There is the product hydrogen heat exchanger reactor that integrated form steam produces tube bank
RU201175U1 (en) Air cooling heat exchanger
CN103471074A (en) Compact smoke and waste heat recovery and steam generation device
JPH04318206A (en) Steam turbine power generator
CN1013877B (en) Device used in cooling hot gas containing dust
RU176496U1 (en) HEAT EXCHANGE DEVICE
CN112985128A (en) Multi-channel and multi-flow heat exchanger in mine fresh air heating system
US10359235B2 (en) Heat exchanger arrangement for a carbon black production plant
RU2781598C1 (en) Heat exchanger
RU215818U1 (en) Air cooled heat exchanger
SU1749682A1 (en) Multipath heat exchanger
RU126814U1 (en) PLATE HEAT EXCHANGER
RU2109241C1 (en) Shell-and-tube heat exchanger
RU2075007C1 (en) Boiler economizer
US11614287B2 (en) Heat exchanger
CN211147364U (en) Lateral steam inlet steam cooler