UA23748U

UA23748U - Appliance for water evaporation cooling of high-temperature gases

Info

Publication number: UA23748U
Application number: UAU200613432U
Authority: UA
Inventors: Vadym Valeriiovych Osypenko; Dmytro Vasyliovych Chynionov
Original assignee: Ltd Liability Company Res And
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2007-06-11

Abstract

A device for water evaporation cooling of high-temperature gases relates to the field of power engineering, in particular to devices for gas cooling with water evaporation method, and can be used at enterprises of ferrous and nonferrous metallurgy, enterprises of chemical industry and enterprises of heat engineering, at cooling high-temperature gases that come to devicess for purification and filtration of gases.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до галузі енергетики, зокрема до пристроїв охолодження газів 2 водовипарювальним способом, і може бути використана на підприємствах чорної та кольорової металургії, підприємствах хімічної промисловості та підприємствах теплоенергетики, при охолодженні високотемпературних газів, котрі надходять до пристроїв очищення та фільтрування газів.The useful model refers to the field of energy, in particular to devices for cooling gases 2 by the water evaporation method, and can be used at ferrous and non-ferrous metallurgy enterprises, chemical industry enterprises, and heat energy enterprises, when cooling high-temperature gases that enter gas purification and filtering devices.

Відома форсунка для розпилювання рідини, котра може бути використана для охолодження високотемпературних газів водовипарювальним способом, і котра містить патрубки для подачі рідини та 710 стиснутого повітря, камеру попереднього змішування, дифузорну камеру та сферичний насадок з отворами для витікання суміші рідини та газу (11).A liquid spray nozzle is known, which can be used to cool high-temperature gases by water evaporation, and which includes nozzles for supplying liquid and 710 compressed air, a pre-mixing chamber, a diffuser chamber and a spherical nozzle with holes for the outflow of a mixture of liquid and gas (11).

Основними недоліками цієї форсунки є її складність конструкції та ненадійність в роботі, оскільки є складним та мало прогнозованим сам процес розпилювання рідини (води), що може привести до розпилювання капель великих розмірів. Це в свою чергу зменшить охолодження газу, а головне, що поява та скупчення 12 невипарованої рідини в пристроях очищення та фільтрування газів може взагалі вивести їх з ладу.The main disadvantages of this nozzle are its complexity of design and unreliability in operation, since the process of spraying liquid (water) itself is difficult and unpredictable, which can lead to spraying large droplets. This, in turn, will reduce gas cooling, and most importantly, the appearance and accumulation of 12 non-evaporated liquid in gas cleaning and filtering devices can completely disable them.

Найбільш близьким є теплообмінник проміжного охолодження компресорного повітря газотурбінної установки, який містить форсунки з вихровими камерами для розпилювання води |21.The closest thing is a heat exchanger for intermediate cooling of compressed air of a gas turbine installation, which contains nozzles with vortex chambers for spraying water |21.

Основним недоліком цього пристрою також є складність його конструкції та складність самого процесу розпилювання води, великі витрати води, оскільки розпилювання води здійснюють в невеликому об'ємі простору.The main disadvantage of this device is also the complexity of its design and the complexity of the water spraying process itself, large water consumption, since water spraying is carried out in a small volume of space.

Все це виключає можливість використання його для охолодження запилених високотемпературних газів. А при використанні цього пристою для охолодження не запилених високотемпературних газів через складність пристрою та складність процесу розпилення води можна також легко допустити скупчення невипарованої рідини в пристроях очищення та фільтрування газів, що в свою чергу може взагалі вивести їх з ладу.All this excludes the possibility of using it for cooling dusty high-temperature gases. And when using this station for cooling non-dusty high-temperature gases, due to the complexity of the device and the complexity of the water spraying process, it is also easy to allow the accumulation of non-evaporated liquid in the gas cleaning and filtering devices, which in turn can completely disable them.

В основу корисної моделі поставлена задача шляхом спрощення конструкції пристрою водовипарювального охолодження високотемпературних газів, збільшити надійність його роботи та мінімізувати при цьому витрати з води. 1. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої водовипарювального охолодження високотемпературних газів, який містить форсунки з вихровими камерами для розпилювання води, новим є те, що пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів містить хоча б одну форсунку для со розпилювання води, і хоча б одна форсунка для розпилювання води встановлена на трубопроводі для відводу «І високотемпературних газів так, що її вихідне сопло розташоване всередині трубопроводу для відводу високотемпературних газів якомога ближче до внутрішньої стінки трубопроводу, де мінімальна відстань сопла - від внутрішньої стінки трубопроводу не повинна перевищувати 49 відсотків від внутрішнього діаметру «У трубопроводу, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру, причому вісь симетрії сопла форсунки може 3о утворювати кут з віссю симетрії трубопроводу від 0 до 90 градусів, а саме сопло форсунки має конусну форму, сч де утворюючі конусу сопла можуть складати між собою кут від 4 до 160 градусів, до того ж довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, не повинна перевищувати ЗО відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу, на якому встановлена форсунка, чи будь якого найбільшого внутрішнього розміру « трубопроводу. З 70 2. Новим по п. 1 також є те, що пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів може с містити декілька форсунок, котрі встановлені на трубопроводі, причому відстань між форсунками в проекції на з» площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії, може бути однаковою та/чи різною, можливо в залежності від розподілу швидкості газу, та/або щільності газу у вказаній площині перерізу трубопроводу, та/або потужності самих форсунок, при цьому форсунки повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі роботи, не зволожували внутрішню поверхню трубопроводу. ді З. Новим по п. 1, 2 є ще й те, що пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів оз може містити декілька форсунок, котрі встановлені на трубопроводі по його довжині в будь якому порядку і на будь якій відстані одна від одної, при цьому форсунки повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі і роботи, не зволожували внутрішню поверхню трубопроводу. «їз» 20 На Фіг.1 схематично зображено пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів, котрий містить одну форсунку, і в якому мінімальна відстань сопла форсунки від внутрішньої стінки со трубопроводу позначена літерою Г, вісь симетрії сопла форсунки утворює кут з віссю симетрії трубопроводу с, саме сопло форсунки має конусну форму, де утворюючі конусу сопла утворюють між собою кут р, а довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, позначена літерою п. Напрямок рухання газу в трубопроводі 59 вказаний суцільною стрілкою М. Об'єм простору в якому здійснюють розпилювання води позначений пунктирною с лінією та заштрихований крапками. Внутрішній діаметр трубопроводу (трубопровід має форму круглої труби) позначений літерою 0.The useful model is based on the task of simplifying the design of the device for evaporative cooling of high-temperature gases, increasing the reliability of its operation and minimizing water consumption at the same time. 1. The problem is solved by the fact that in the water-evaporative cooling device of high-temperature gases, which contains nozzles with vortex chambers for spraying water, the new thing is that the water-evaporative cooling device of high-temperature gases contains at least one nozzle for co-spraying water, and at least one nozzle for spraying water is installed on the pipeline for the removal of "And high-temperature gases so that its outlet nozzle is located inside the pipeline for the removal of high-temperature gases as close as possible to the inner wall of the pipeline, where the minimum distance of the nozzle from the inner wall of the pipeline should not exceed 49 percent of the inner diameter" In the pipeline, or any of its largest internal dimensions, and the axis of symmetry of the nozzle nozzle can form an angle of 3o with the axis of symmetry of the pipeline from 0 to 90 degrees, and the nozzle of the nozzle itself has a conical shape, where the cone-forming nozzles can form an angle between themselves from 4 up to 160 degrees, in addition, the length of the height of the truncated cone, the shape of which the nozzle has, should not exceed 30 percent of the size of the internal diameter of the pipeline on which the nozzle is installed, or any of the largest internal dimensions of the pipeline. C 70 2. What is new according to item 1 is also the fact that the device for evaporative cooling of high-temperature gases can contain several nozzles installed on the pipeline, and the distance between the nozzles in the projection on the cross-sectional plane of the pipeline, which is perpendicular to its longitudinal axis of symmetry , may be the same and/or different, possibly depending on the gas velocity distribution, and/or gas density in the specified cross-sectional plane of the pipeline, and/or the power of the nozzles themselves, while the nozzles must be installed so that, during operation, they did not moisten the inner surface of the pipeline. and Z. What is new according to points 1, 2 is also the fact that the device for evaporative cooling of high-temperature gases can contain several nozzles, which are installed on the pipeline along its length in any order and at any distance from each other, while the nozzles must be installed so that they do not wet the inner surface of the pipeline during operation. "drive" 20 Fig. 1 schematically shows a device for evaporative cooling of high-temperature gases, which contains one nozzle, and in which the minimum distance of the nozzle nozzle from the inner wall of the pipeline is indicated by the letter G, the axis of symmetry of the nozzle nozzle forms an angle with the axis of symmetry of the pipeline c, namely the nozzle of the nozzle has a conical shape, where the cone-forming nozzles form an angle p between themselves, and the length of the height of the truncated cone, the shape of which the nozzle has, is denoted by the letter p. The direction of gas movement in the pipeline 59 is indicated by a solid arrow M. The volume of the space in which spraying is carried out of water is indicated by a dashed line and shaded by dots. The inner diameter of the pipeline (the pipeline has the shape of a round pipe) is marked with the letter 0.

На Фіг.2 схематично зображено пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів, котрий містить декілька форсунок (в конкретному прикладі вісім), котрі встановлені на трубопроводі, причому бо мінімальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою М, а максимальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою М.Fig. 2 schematically shows a device for evaporative cooling of high-temperature gases, which contains several nozzles (in this particular example, eight), which are installed on the pipeline, and the minimum distance between the nozzles in the projection onto the cross-sectional plane of the pipeline, which is perpendicular to its longitudinal axis of symmetry, is indicated by the letter M, and the maximum distance between the nozzles in the projection on the plane of the pipeline cross-section, which is perpendicular to its longitudinal axis of symmetry, is denoted by the letter M.

Пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів складається з форсунки чи форсунок 1, кожна с котрих містить власне сопло 2. Всі форсунки встановлені на трубопроводі 3. бо Форсунка 1 (хоча б одна) для розпилювання води встановлена на трубопроводі З для відводу високотемпературних газів так, що її вихідне сопло розташоване всередині трубопроводу для відводу високотемпературних газів якомога ближче до внутрішньої стінки трубопроводу, де мінімальна відстань сопла від внутрішньої стінки трубопроводу І. не повинна перевищувати 49 відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу О, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру. (Наприклад в випадку, якщо переріз трубопроводу, що перпендикулярний його повздовжній вісі симетрії має форму квадрату, то найбільшим його внутрішнім розміром буде довжина діагоналі квадрату.)The device for evaporative cooling of high-temperature gases consists of a nozzle or nozzles 1, each of which contains its own nozzle 2. All nozzles are installed on pipeline 3. Because Nozzle 1 (at least one) for spraying water is installed on pipeline C for the removal of high-temperature gases so that its the outlet nozzle is located inside the pipeline for the removal of high-temperature gases as close as possible to the inner wall of the pipeline, where the minimum distance of the nozzle from the inner wall of the pipeline I. should not exceed 49 percent of the size of the internal diameter of the pipeline O, or any of its largest internal dimensions. (For example, if the section of the pipeline perpendicular to its longitudinal axis of symmetry has the shape of a square, then its largest internal size will be the length of the diagonal of the square.)

Вісь симетрії сопла форсунки 2 може утворювати кут о, з віссю симетрії трубопроводу від 0 до 90 градусів, а саме сопло форсунки 2 має конусну форму, де утворюючі конусу сопла можуть склад ати між собою кут р від 70.4 до 160 градусів.The axis of symmetry of the nozzle of the nozzle 2 can form an angle o with the axis of symmetry of the pipeline from 0 to 90 degrees, namely the nozzle of the nozzle 2 has a conical shape, where the cone-forming nozzles can form an angle p between themselves from 70.4 to 160 degrees.

Довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, й не повинна перевищувати ЗО відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу 0, на якому встановлена форсунка, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру (Фіг.1, 2).The length of the height of the truncated cone, the shape of which the nozzle has, should not exceed 30 percent of the size of the internal diameter of the pipeline 0 on which the nozzle is installed, or any of its largest internal dimensions (Fig. 1, 2).

Пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів може містити декілька форсунок 1, 75 Котрі встановлені на трубопроводі З, причому відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії, може бути однаковою та/чи різною, можливо в залежності від розподілу швидкості газу та/або щільності газу у вказаній площині перерізу трубопроводу 3, та/або потужності самих форсунок. На Фіг.2 мінімальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою М, а 2о максимальна відстань між форсунками в проекції на площину перерізу трубопроводу, що є перпендикулярною його повздовжній вісі симетрії позначена літерою М. Швидкість газу в наведеному прикладі зменшується біля внутрішньої поверхні трубопроводу 3, а щільність газу є майже однаковою по всьому перерізу трубопроводу 3.The device for evaporative cooling of high-temperature gases may contain several nozzles 1, 75 which are installed on the pipeline C, and the distance between the nozzles in the projection on the cross-sectional plane of the pipeline, which is perpendicular to its longitudinal axis of symmetry, may be the same and/or different, possibly depending on the distribution gas velocity and/or gas density in the indicated cross-sectional plane of the pipeline 3, and/or the power of the nozzles themselves. In Fig. 2, the minimum distance between the nozzles in the projection on the plane of the pipeline section, which is perpendicular to its longitudinal axis of symmetry, is marked with the letter M, and 2o the maximum distance between the nozzles in the projection on the plane of the pipeline section, which is perpendicular to its longitudinal axis of symmetry, is marked with the letter M. The gas velocity in the given example decreases near the inner surface of the pipeline 3, and the gas density is almost the same over the entire section of the pipeline 3.

Форсунки 1 повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі роботи, не зволожували внутрішню поверхню трубопроводу 3.The nozzles 1 must be installed so that they do not wet the inner surface of the pipeline 3 during operation.

Окрім цього пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів може містити декілька форсунок 1, котрі встановлені на трубопроводі З по його довжині в будь якому порядку і на будь якій відстані но) одна від одної, при цьому форсунки повинні бути встановлені так, щоб вони, в процесі роботи, не зволожували внутрішню поверхню трубопроводу 3.In addition, the device for evaporative cooling of high-temperature gases can contain several nozzles 1, which are installed on the pipeline З along its length in any order and at any distance no) from each other, while the nozzles must be installed so that they, during operation , did not moisten the inner surface of the pipeline 3.

Пристрій працює наступним чином. ее)The device works as follows. ee)

При надходженні газу до трубопроводу З з наперед встановленою температурою (на Фіг.1 напрямок рухання газу в трубопроводі вказаний суцільною стрілкою М), за допомогою форсунки 1 та її сопла 2 розпилюють воду З всередині трубопроводу 3. Напрямок рухання газу в трубопроводі З відносно вісі симетрії форсунки 1 може бути рч- будь яким. Об'єм простору в якому здійснюють розпилювання води позначений пунктирною лінією та заштрихований крапками на Фіг.1. Розпилювання води можуть здійснювати в будь якому напрямку відносно Шк з5 напрямку рухання газу в трубопроводі. Розпилена вода в вигляді дрібних краплин нагрівається тепловою Ге енергією газу і потім переходить у пар, тобто випаровується, Внаслідок цього зменшується теплова енергія газу, що призводить до зменшення його температури. Розпилені краплини води не повинні долітати до внутрішньої поверхні трубопроводу та зволожувати внутрішню поверхню трубопроводу. Газ, котрій надходить до « трубопроводу З може містити пил, який буде легко налипати на зволожену поверхню трубопроводу і утворювати перепони в трубопроводі. Крім того не випарувана вода на внутрішній поверхні трубопроводу може там й с скупчуватися і потім перешкоджати роботі фільтрів очистки газу, а то й взагалі виводити з ладу фільтри ц очистки газу. "» Через це мінімальна відстань сопла від внутрішньої стінки трубопроводу Ї не повинна перевищувати 49 відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу О, чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру, оскільки в іншому випадку можливе або зволоження внутрішньої поверхні трубопроводу, або взагалі ка значний об'єм газу лишиться неохолодженим.When gas enters pipeline Z with a predetermined temperature (in Fig. 1, the direction of gas movement in the pipeline is indicated by a solid arrow M), with the help of nozzle 1 and its nozzle 2, water Z is sprayed inside pipeline 3. The direction of gas movement in pipeline Z is relative to the axis of symmetry nozzles 1 can be rch- any. The volume of space in which water is sprayed is indicated by a dotted line and shaded with dots in Fig.1. Spraying water can be carried out in any direction relative to Shk z5 the direction of gas movement in the pipeline. Sprayed water in the form of small droplets is heated by the thermal energy of the gas and then turns into steam, i.e. evaporates. As a result, the thermal energy of the gas decreases, which leads to a decrease in its temperature. Sprayed water droplets should not reach the inner surface of the pipeline and moisten the inner surface of the pipeline. The gas entering pipeline C may contain dust, which will easily stick to the moistened surface of the pipeline and form obstructions in the pipeline. In addition, non-evaporated water on the inner surface of the pipeline can accumulate there and then interfere with the operation of the gas purification filters, or even completely disable the gas purification filters. "» Because of this, the minimum distance of the nozzle from the inner wall of the pipeline Y should not exceed 49 percent of the size of the internal diameter of the pipeline O, or any of its largest internal dimensions, because otherwise it is possible to moisten the internal surface of the pipeline, or in general, a significant volume gas will remain uncooled.

З них же самих причин вісь симетрії сопла форсунки 2 може утворювати кут с з віссю симетрії трубопроводу о лиш від 0 до 90 градусів, а саме сопло форсунки 2 мати конусну форму, де утворюючі конусу сопла можуть -| складати між собою кут р від 4 до 160 градусів. їх 50 Також, з цих же самих причин довжина висоти усіченого конусу, форму якого має сопло, п не повинна перевищувати З0 відсотків від розміру внутрішнього діаметру трубопроводу 0, на якому встановлена форсунка,For the same reasons, the axis of symmetry of the nozzle of the nozzle 2 can form an angle c with the axis of symmetry of the pipeline o only from 0 to 90 degrees, and the nozzle of the nozzle 2 has a conical shape, where the cone-forming nozzles can -| make an angle p from 4 to 160 degrees. 50 of them Also, for the same reasons, the length of the height of the truncated cone, the shape of which the nozzle has, n should not exceed 30 percent of the size of the internal diameter of the pipeline 0, on which the nozzle is installed,

ІЧ е) чи будь якого найбільшого його внутрішнього розміру.IR f) or any of its largest internal dimensions.

Наведені в заявці розміри пристрою водовипарювального охолодження високотемпературних газів є широкого діапазону. Завдяки ним пристрій водовипарювального охолодження високотемпературних газів є дуже простим в виготовленні та надійним в роботі. с Застосування декількох чи багатьох форсунок 1 на одному трубопроводі З обумовлене тим, щоб ще збільшити надійність роботи вказаного пристрою, оскільки застосування замість однієї форсунки декількох форсунок, не збільшуючи при цьому сумарної потужності форсунок, зменшить ймовірність виникнення великих крапель води та, як наслідок, зволоження внутрішньої поверхні трубопроводу. До того ж форсунки розташовують бо на трубопроводі так, щоб об'єм простору в якому здійснюють розпилювання води був максимальним. Це робить витрати води мінімальними.The dimensions of the device for evaporative cooling of high-temperature gases given in the application are of a wide range. Thanks to them, the device for evaporative cooling of high-temperature gases is very easy to manufacture and reliable in operation. c The use of several or many nozzles 1 on one pipeline C is due to the fact that the reliability of the operation of the specified device will be further increased, since the use of several nozzles instead of one nozzle, without increasing the total power of the nozzles, will reduce the probability of the occurrence of large drops of water and, as a result, moistening the inner surface of the pipeline. In addition, the nozzles are placed on the pipeline in such a way that the volume of the space in which the water is sprayed is maximal. This makes water consumption minimal.

Таким чином конструкція пристрою водовипарювального охолодження високотемпературних газів є дуже простою та надійною в роботі і не потребує використання при цьому великих об'ємів води.Thus, the design of the device for evaporative cooling of high-temperature gases is very simple and reliable in operation and does not require the use of large volumes of water.

Джерела інформації: 65 1. Патент України на Корисна модель Мо13450А, ВО581/02, 7/04, бюл. Мо1, 1997р. 2. Патент України на Корисна модель Мо14700А, Е2803/08, бюл.Мо2, 1997р.Sources of information: 65 1. Patent of Ukraine for Utility Model Mo13450А, VO581/02, 7/04, Bull. Mo1, 1997 2. Patent of Ukraine for utility model Mo14700A, E2803/08, bul. Mo2, 1997.

Claims

The formula of the invention is not. higher

1. A device for evaporative cooling of high-temperature gases, which includes nozzles with vortex chambers for atomizing water, characterized in that the device for evaporative cooling of high-temperature gases includes at least one nozzle for atomizing water, and at least one nozzle for atomizing water is installed on the pipeline for discharge high-temperature gases such that 70 its outlet nozzle is located inside the pipeline for the removal of high-temperature gases as close as possible to the inner wall of the pipeline, where the minimum distance of the nozzle from the inner wall of the pipeline shall not exceed 49 percent of the internal diameter of the pipeline or any of its largest internal dimensions, and the axis of symmetry of the nozzle nozzle can form an angle with the axis of symmetry of the pipeline from 0 to 90 degrees, and the nozzle of the nozzle itself has a conical shape, where the generating cones of the nozzle can form an angle between themselves from 4 to 160 degrees, in addition, the length of the height of the cut k The diameter of the nozzle shall not exceed 30 percent of the inside diameter of the pipe on which the nozzle is mounted, or of any largest inside pipe size.

2. The device according to claim 1, which is characterized by the fact that the device for evaporative cooling of high-temperature gases can contain several nozzles installed on the pipeline, and the distance between the nozzles in the projection on the cross-sectional plane of the pipeline, which is perpendicular to its longitudinal axis of symmetry, can be the same and / or different, possibly depending on the distribution of gas velocity and/or gas density in the specified cross-sectional plane of the pipeline, and/or the power of the nozzles themselves, while the nozzles must be installed so that they do not wet the inner surface of the pipeline during operation.

C. The device according to claims 1, 2, which differs in that the device for evaporative cooling of high-temperature gases can contain several nozzles, which are installed on the pipeline along its length in any order and at any distance from each other, while the nozzles must be installed so that they do not wet the inner surface of the pipeline during operation. (ee) « cha (ze) s -

with

I.Y and? name) (95) -I sh» IC e) c 60 b5