СПОСОБ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА Российский патент 1998 года по МПК F23L15/02 

Изобретение относится к способу достижения оптимального обмена энергией при регенеративном теплообмене между воздухом для горения и предварительно охлажденными в охлаждающем устройстве влажными дымовыми газами.

Когда дымовые газы, содержащие водяной пар, охлаждаются до температуры ниже их точки росы, водяной пар может конденсироваться, и может выделяться теплота конденсации.

Дальнейшее понижение температуры возможно при регенеративном теплообмене между воздухом для горения и предварительно охлажденными влажными дымовыми газами, далее водяной пар конденсируется на дымовой стороне и вновь испаряется на стороне воздуха для горения.

Поскольку воздух для горения одновременно с нагреванием увлажняется, значительная часть энергии может передаваться от дымовых газов воздуху для горения.

Однако количество передаваемой энергии ограничено конденсацией на дымовой стороне, получаемой в течение регенеративного теплообмена, что не в полной мере соответствует возможности испарения на стороне воздуха для горения.

Задачей изобретения является упрощение способа получения оптимального обмена энергией.

Эта задача, согласно изобретению, достигается благодаря тому, что поверхности теплообменных элементов регенеративного теплообменника опрыскиваются водой на дымовой стороне таким образом, что слой воды образуется на поверхности элемента теплообменника до такого уровня, что поверхности элемента в течение всего времени нахождения на стороне воздуха на 100% покрыты водой.

Без добавления воды поверхности теплообменного элемента высыхают при прохождении воздушной стороны.

Сущность этого метода в сравнении со способом, согласно изобретению, становится понятной из следующего описания примера, по которому при использовании предлагаемого способа достигается увеличение энергии в воздухе для горения на 12,6%
Согласно простому наиболее предпочтительному варианту изобретения, охлаждающее устройство для предварительного охлаждения дымового газа размещается над дымовой стороной теплообменника, где дымовые газы спускаются в теплообменник таким образом, что вода, образовавшаяся в результате конденсации в охлаждающем устройстве, может стекать и/или капать вниз на элементы теплообменника.

Затем легко достигается температура подаваемой воды, в основном равная или немного выше температуры дымового газа на входе теплообменника, что важно для теплообмена.

На фиг. 1 представлен теплообменник, реализующий предлагаемый способ; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Вращающийся регенеративный теплообменник, содержащий ротор 1, установленный с возможностью вращения в корпусе 2 с входными каналами 3 и 4 для газов и воздуха соответственно и выходными каналами 5 и 6 для газов и воздуха соответственно, а также верхней и нижней разделительными плитами 7 и 8 соответственно, разделяющими подогреватель воздуха на газовую сторону и воздушную сторону 9 и 10 соответственно, занимающих каждая 165^o общей окружности.

Ротор 1 снабжен радиальными стенками 11, делящими ротор на несколько секций 12, занимаемых элементами 13 теплообменника. Они пропускают воздух в направлениях воздушного и газового потоков и состоят из материалов, стойких к коррозии.

Во входном газовом канале 3 помещено охлаждающее устройство 15, которое присоединяется, например, к трубе рециркуляции воды для централизованного теплоснабжения и охлаждает дымовые газы до температуры ниже их точки росы.

Таким образом, конденсируемая вода стекает непосредственно или по канавке вниз на элементы 13 ротора 1 теплообменника, поверхности которых осуществляют конденсацию прямо на поверхностях элементов и также дополнительно спрыскиваются водой, прежде чем они проходят под разделительной плитой 7 и далее на воздушную сторону 10, где вода начинает вновь испаряться.

Согласно изобретению, вода, спрыскивающая элементы 13, а также вода, образовавшаяся в результате конденсации, так обильны, что элементы, пройдя воздушную сторону 10, остаются влажными.

В случае, если конденсация и спрыскивание водой окажутся недостаточными для подобного действия, то нужно добавить воды из водопровода 16, снабженного клапаном и/или возвратной линией 18, имеющей насос 17 от канавки 19 для собирания избыточной воды в нижней разделительной плите 8, при этом линия 18 соединена с отверстиями 20 для спрыскивания в газовом входном канале 3.

Благодаря такой оптимальной конденсации и увлажнению на стороне дымового газа и реиспарению на воздушной стороне от дымовых газов в воздух для горения может передаваться значительно больше энергии, чем это было достижимо раньше.

Для иллюстрации получаемого результата при использовании способа, согласно изобретению, ниже описан пример подобного способа с добавлением и без добавления воды в элементы теплообменника.

В устройстве, показанном на фиг. 1, на сторону дымового газа подается 101374 Нм³ дымовых газов в 1 ч, а с воздушной стороны выходит 92952 Нм³ воздуха в 1 ч.

Каждая сторона составляет 165^o общей окружности при скорости вращения ротора 4 об/мин. Температура подаваемого воздуха составляет 30^oC.

Охлаждающее устройство 15 способно охлаждать дымовые газы до 58^oC, при этом конденсирующаяся вода капает или стекает вниз на элементы 13 теплообменника и имеет в основном такую же температуру.

Подача дополнительной воды для конденсации из охлаждающего устройства 15 должна быть достаточной, чтобы элементы 13 на воздушной стороне сохранялись достаточно влажными. Температура отходящих дымовых газов составляет затем 33^oC, а отходящего воздуха 55,5^oC.

Содержание влаги входящего газа составляет 0,1336 кг на 1 кг сухих газов, а содержание влаги отходящего газа составляет 0,0328 кг на 1 кг сухих газов.

Соответствующие величины для воздуха составляют 0,0135 и 0,1192 кг на 1 кг сухого воздуха соответственно. Таким образом, энергия, поступающая на воздушную сторону, составляет 9855 кВт.

Если охлаждающее устройство 15 расположено таким образом, что вытекающая из него образовавшаяся в результате конденсации вода не подается на элементы 13, например, в соответствии со Шведским патентом 8703338-7, элементы 13 на воздушной стороне высыхают прежде, чем проходят ее. Температура входящих газов остается 58^oC, так же как температура входящего воздуха остается 30^oC.

Без дополнительной подачи воды, образовавшейся в результате конденсации, температура охлаждающего газа будет равна 33,8^oC, а температура отходящего воздуха будет равна 53,8^oC.

Содержание влаги во входящих газах, так же как и содержание влаги во входящем воздухе, остается неизменным 0,1336 кг на 1 кг сухих газов и 0,0135 кг на 1 кг сухого воздуха соответственно.

Содержание влаги в отходящих газах теперь будет равно 0,0341 кг на 1 кг сухих газов, а содержание влаги выходящего воздуха составит 0,1071 кг на 1 кг сухого воздуха.

Таким образом, энергия, поступающая на воздушную сторону, составит 8756 кВт.

Из изложенного очевидно, что благодаря использованию способа согласно изобретению передается на 12,6% больше энергии по сравнению со способом, где не применяется дополнительная подача воды.

Использование: при регенеративном теплообмене между воздухом для горения и предварительно охлажденными в охлаждающем устройстве влажными дымовыми газами. Сущность изобретения: поверхности теплопередающих элементов регенеративного теплообменника спрыскивают на стороне дымового газа водой и создают водяную пленку на поверхности теплообменных элементов. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ регенеративного теплообмена между воздухом для горения и предварительно охлажденными в охлаждающем устройстве влажными дымовыми газами, отличающийся тем, что поверхности теплопередающих элементов регенеративного теплообменника спрыскивают на стороне дымового газа водой и создают водяную пленку на поверхностях элементов теплообменника, которая дает возможность поверхностям этих элементов в течение всего времени пребывания их на воздушной стороне оставаться по существу покрытыми водой на 100%
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждающее устройство для предварительного охлаждения дымовых газов размещают над дымовой стороной теплообменника, откуда дымовые газы отводят вниз в теплообменник таким образом, что конденсирующаяся вода, образующаяся в охлаждающем устройстве, может стекать и/или капать вниз на элементы теплообменника. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температуру воды, подаваемой для спрыскивания теплопередающих элементов, поддерживают равной или несколько выше температуры дымового газа на входе подающего канала теплообменника.