КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР Российский патент 1995 года по МПК F22B1/18 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для использования отбросного тепла уходящих газов газифицированных котлов.

Известна конструкция конденсационного котла серии Gas 311 ЕСО фирмы Remeha, в хвостовой части которого размещен конденсационный теплоутилизатор для глубокого охлаждения продуктов сгорания котла с использованием теплоты конденсации содержащихся в газах водяных паров.

Конденсационный теплоутилизатор содержит корпус с патрубками подвода и отвода продуктов сгорания, пучок теплообменных труб с верхними рядами труб с наружным поперечным оребрением и нижними рядами гладких труб, установленных в несколько рядов по вертикали, поддон для сбора конденсата и штуцеры для подвода и отвода нагреваемой воды. Продукты сгорания котла поступают через входной (верхний) патрубок в межтрубное пространство пучка и, опускаясь, нагревают воду, движущуюся в трубах пучка. При глубоком охлаждении продуктов сгорания (ниже температуры точки росы) на наружной поверхности гладких и оребренных труб происходит конденсация водяных паров. Образовавшийся конденсат стекает в сборник конденсата, расположенный в нижней части теплоутилизатора.

В определенных режимах работы котла (при низких температурах газов и воды на входе), а также при большом количестве рядов труб по ходу продуктов сгорания на трубах нижних рядов скапливается значительное количество конденсата. Для улучшения удаления конденсата трубы нижних рядов выполнены гладкими (без оребрения).

Недостатком данной конструкции является неэффективное использование межтрубного объема трубного пучка теплоутилизатора, так как гладкие трубы имеют площадь поверхности нагрева в несколько раз меньшую (в среднем в 5-10 раз), чем оребренные трубы. Кроме того, набор трубного пучка из рядов оребренных и гладких не решает полностью проблем ликвидации затопления конденсатом межреберного пространства оребренных труб.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой конструкции является установка для утилизации тепла дымовых газов, содержащая корпус с патрубками подвода и отвода продуктов сгорания, размещенный в корпусе пучок теплообменных труб с поперечным оребрением, установленных рядами поперечно потоку продуктов сгорания, поддон для сбора конденсата и штуцеры для подвода и отвода нагреваемой воды.

Продукты сгорания котла поступают через входной (верхний) газовый патрубок в межтрубное пpостранство трубного пучка. По трубам пучка движется нагреваемая вода. Продукты сгорания, двигаясь вниз, охлаждаются ниже температуры точки росы водяных паров, что сопровождается их конденсацией и выделением скрытой теплоты конденсации. Заполнение всего межтрубного объема пучка оребренными трубами способствует более глубокому охлаждению продуктов сгорания и увеличению теплопроизводительности установки по сравнению с гладкотрубными нижними рядами.

Недостатком данной конструкции является неэффективная работа установки из-за затопления оребренной поверхности нижних рядов конденсатом. Более глубокое охлаждение продуктов сгорания сопровождается выделением большего количества конденсата. Образованный на верхних рядах конденсат стекает на нижние трубы, на которых также имеет место конденсация водяных паров. На трубах нижних рядов скапливается значительное количество конденсата, что в определенных режимах работы приводит к затоплению оребренной поверхности труб и снижению эффективности их работы.

Отмеченные недостатки данной конструкции снижают эффективность работы установки для утилизации.

Целью изобретения является повышение эффективности работы теплоутилизатора за счет предотвращения затопления межреберного пространства труб конденсатом.

В конденсационном теплоутилизаторе, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода продуктов сгорания, размещенном в корпусе пучком теплообменных труб с поперечным оребрением, причем трубы размещены рядами поперечно потоку продуктов сгорания, установленным в нижней части корпуса поддоном, подключенными к трубам пучка штуцерами для подвода и отвода нагреваемой воды, шаг оребрения труб выполнен нарастающим от ряда к ряду.

Не выявлено известных технических решений, обладающих аналогичными или эквивалентными признаками, которые придавали бы известным решениям свойства, аналогичные свойствам заявляемого.

При такой конструкции полученный конденсат образует на оребренных трубах теплоутилизатора пленку небольшой толщины, что практически не уменьшает площади сечения межреберного пространства благодаря увеличению шага оребрения от верхнего ряда к нижнему в соответствии с ростом количества конденсата, образованного на вышележащих и данном рядах.

На фиг. 1 показан теплоутилизатор, вид спереди с частичным разрезом; на фиг.2 то же, вид сбоку с частичным разрезом.

Теплоутилизатор содержит трубный пучок 1, байпасный газоход 2 с патрубками подвода 3 и отвода 4 продуктов сгорания и регулировочным шибером 5, поддон для сбора конденсата 6 с впускным сифоном 7 и отводящий газоход 8. Трубный пучок 1 соединен с водяными камерами (коллекторами) со штуцерами подвода и отвода 11 нагреваемой воды. Трубный пучок 1 набран из биметаллических оребренных труб 12, установленных в несколько (в данном случае семь) рядов по вертикали, которые разделены на четыре группы рядов с одинаковым шагом оребрения в каждой группе. Шаг оребрения возрастает сверху вниз. Первая сверху группа содержит один ряд, вторая, третья, четвертая по два ряда.

Теплоутилизатор работает следующим образом.

Продукты сгорания котла через входной патрубок 3 поступают в межтрубное пространство трубного пучка 1 и, опускаясь, охлаждаются. Охлажденные газы через отводящий газоход 8 и выходной патрубок 4 направляются в дымовую трубу. Нагреваемая вода через входной (нижний) патрубок 10 и водяной коллектор 9 поступает в трубное пространство пучка, где нагревается и через выходной (верхний) патрубок 11 направляется к потребителю.

При температуре воды на входе в теплоутилизатор ниже значения температуры точки росы (t < 50 С) водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, происходит глубокое охлаждение продуктов сгорания с конденсацией части водяных паров и выделением при этом скрытой теплоты конденсации (конденсационный режим работы). При этом на оребренной поверхности труб 12 образуется конденсат, который стекает в поддон для сбора конденсата 6 и через выпускной сифон 7 направляется для полезного использования, либо через нейтрализующее устройство (конденсат имеет кислую реакцию) сбрасывается в канализацию. Благодаря увеличению шага ребер от верхнего ряда к нижнему в соответствии с ростом количестве конденсата, образованного на вышележащих рядах, не происходит затопления межреберного пространства труб, конденсат образует тонкую пленку на оребренной поверхности, не создавая значительного термического сопротивления и не снижая при этом коэффициента теплопередачи теплоутилизатора.

Наиболее благоприятным является плавное увеличение шага ребер в каждом последующем ряду. Однако это требует наличия труб с большим диапазоном изменения шага ребер, а также усложняет производство теплоутилизатора.

Наиболее благоприятным является плавное увеличение шага ребер в каждом последующем ряду. Однако это требует наличия труб с большим диапазоном изменения шага ребер, а также усложняет производство теплоутилизатора. Поэтому трубный пучок может (как в примере, изображенном на фиг.1 и 2) состоять из групп рядов с одинаковым шагом оребрения. При этом шаг оребрения группы доложен возрастать от верхней группы к нижней.

Изобретение позволяет повысить эффективность работы теплоутилизатора и обеспечить повышение КПД котла, обслуживаемого теплоутилизатором.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: продукты сгорания поступают в корпус теплоутилизатора, где распределяются в межтрубном пространстве теплообменного пучка. Последний выполнен с наружным оребрением. Поток газов поперечно омывает трубы пучка, в котором шаг оребрения выполнен возрастающим от ряда к ряду по ходу продуктов сгорания. На оребренной поверхности труб пучка образуется пленка конденсата, который собирается в поддоне. 2 ил.

КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода продуктов сгорания, размещенный в корпусе пучок теплообменных труб с наружным поперечным оребрением, причем трубы размещены рядами поперечно потоку продуктов сгорания, установленный в нижней части корпуса поддон, подключенные к трубам пучка штуцеры для подвода и отвода нагреваемой воды, отличающийся тем, что шаг оребрения труб выполнен возрастающим от ряда к ряду по ходу продуктов сгорания.