ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ НАГРЕВА ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ С РАЗНЫМИ ДАВЛЕНИЯМИ И РАСХОДАМИ Российский патент 1999 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к воздухоподогревателям для нагрева дымовыми газами воздушных потоков с различными давлениями и расходами, и может быть использовано в котлостроении для нагрева воздуха, идущего на горение и на сушку топлива.

Известен воздухоподогреватель для нагрева дымовыми газами воздушных потоков с различными давлениями и расходами до различных температур, требуемых условиями эксплуатации котлов (см. Рихтер Л.А. "Газовоздушные тракты тепловых электростанций", стр. 21, рис. 1-3, М.: "Энергия", 1969 г.). Известный воздухоподогреватель содержит несколько параллельно включенных, равных по расходу газов газоходов с симметрично установленными в них теплообменными секциями, газовые и воздушные тракты для разноименных потоков, подключенные к упомянутым теплообменным секциям. В известном воздухоподогревателе, чтобы обеспечить равномерное температурное поле уходящего потока дымовых газов, с целью уменьшения потерь тепла с дымовыми газами, через оба газохода по воздушным трактам, подключенным к теплообменным секциям нижней (по ходу дымовых газов) ступени воздухоподогревателя, пропускается одинаковое количество воздуха (по 50%), каждый поток по одному газоходу, а получающийся избыток первичного воздуха перепускается в воздушный тракт вторичного воздуха за воздухоподогревателем. Указанный воздухоподогреватель требует более мощных вентиляторов на перекачку избыточного расхода воздуха с большим давлением, что в конечном итоге повышает энергоемкость устройства.

Известен также воздухоподогреватель для нагрева дымовыми газами воздушных потоков с разными давлениями и расходами (см. а.с. N 1837138, 31.07.89 г. , МПК F 23 L 15/04), наиболее близкий к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип).

Известный воздухоподогреватель для нагрева дымовыми газами воздушных потоков с различными давлениями и расходами содержит несколько параллельно включенных, равных по расходу газов газоходов с симметрично установленными в них теплообменными секциями, газовые тракты и воздушные тракты для разноименных потоков, подключенные к упомянутым теплообменным секциям.

В известном воздухоподогревателе некоторая равномерность температурного поля выходящего газового потока, при исходной неравномерности последнего на входе в газовые тракты, достигается за счет того, сто воздушный тракт каждого из разноименных потоков подключен к соответствующим секциям обоих газоходов поочередно. Такое выполнение воздушных трактов приводит к неоправданному значительному увеличению их длины, а следовательно, и к значительному увеличению их аэродинамического сопротивления, что, в свою очередь, требует применения мощных воздуходувных устройство, т.е. увеличивается энергоемкость устройства.

Недостатком известного воздухоподогревателя является также то, что высота теплолобменных секций, через которые проходит поток воздуха с большим расходом, равна высоте теплообменных секций, через которые проходит поток воздуха с меньшим расходом. Особенно это касается последних, по ходу газов, теплообменных секций, т.к. известно, что именно они оказывают определяющее влияние на равномерность температурного поля уходящего потока дымовых газов. Следовательно, при неравных расходах воздуха равная высота теплообменных секций ( особенно последних) приводит к неравномерному теплообмену в них, что снижает равномерность температурного поля уходящих дымовых газов, приводя к потерям тепла.

Следует отметить также, что в известном воздухоподогревателе некоторая равномерность температурного поля выходящего потока газов обеспечивается только при четном числе теплообменных секций (2 или 4) в каждом газоходе. При нечетном их числе один из разноименных воздушных потоков пересекает оба газохода большее число раз, а второй - меньшее, т.е. равномерность температурного поля уходящего потока газов вообще не достигается.

Задачей изобретения является обеспечение равномерного температурного поля уходящего потока дымовых газов путем подачи равного количества воздуха через каждый газоход при минимальной длине воздушных трактов, и путем обеспечения идентичного процесса теплообмена во всех теплообменных секциях за счет изменения их высоты в зависимости от расхода воздушных потоков.

Указанная задача решается тем, что в известном воздухоподогревателе для нагрева дымовыми газами воздушных потоков с различными давлениями и расходами, содержащем несколько параллельно включенных, равных по расходу газов газоходов, с симметрично установленными в них теплообменными секциями, газовые тракты и воздушные тракты для разноименных потоков, подключенные к упомянутым теплообменным секциям, согласно изобретению каждый воздушный тракт имеет равные по расходу воздуха ответвления, число которых равно числу газоходов, к теплообменным секциям каждого газохода подключено по равному числу ответвлений воздушных трактов каждого из разноименных потоков, причем все ответвления воздушных трактов одноименных потоков к теплообменным секциям подключены в одинаковых зонах температур дымовых газов, а теплообменные секции выполнены с высотой, определяемой соотношением

где Hi - высота секции, через которую проходит поток воздуха с меньшим расходом;
Hi+1 - высота секции, через которую проходит поток воздуха с большим расходом;
K = 0,8 - 1,2 коэффициент пропорциональности;
Vi - поток воздуха с меньшим расходом;
Vi+1 - поток воздуха с большим расходом;
i - номер воздушного потока.

При этом целесообразно, чтобы последними, по ходу дымовых газов, были установлены теплообменные секции с большей высотой, являющиеся входными для воздушного потока с наибольшим расходом.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его конкретного выполнения и чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид предлагаемого воздухоподогревателя, на фиг. 2 - то же, вариант с тремя газоходами, на фиг. 3 - то же, вариант с тремя воздушными трактами.

Воздухоподогреватель содержит газоходы 1, 2, в которых симметрично размещены теплообменные секции 3, 4. Воздушный тракт 5 потока с большим расходом воздуха и воздушный тракт с меньшим расходом имеют каждый равные по расходу воздуха ответвления 7, 8 и 9, 10 соответственно. Число ответвлений каждого воздушного потока равно числу газоходов 1, 2. К теплообменным секциям 3, 4 каждого газохода 1,2 подключено по равному числу ответвлений 7,8 и 9,10 каждого воздушного тракта 5, 6. Ответвления 7,8 воздушного тракта 5 включают и перепускные короба 11, последовательно соединяющие теплообменные секции 3 газоходов 1,2. Ответвления 9, 10 включают перепускные короба 12, 13, последовательно соединяющие теплообменные секции 4 соответствующих газоходов.

В других вариантах выполнения воздухоподогреватель может нагревать, например, три воздушных потока с разными расходами и давлениями (фиг. 3). При этом к каждому газоходу 1,2 подключено по одному из ответвлений 7, 9, 10 и 8, 9', 10' соответственно.

В следующем варианте (фиг. 2) воздухоподогреватель содержит три газохода 1,2, 2' и, соответственно, каждый воздушный тракт 5, 6 имеет по три ответвления 7,7', 7'', 8,8',8''. Могут быть и другие варианты выполнения изобретения (не показано). Во всех вариантах выполнения воздухоподогревателя высота H1, H2 теплообменных секций 3,4 выбрана из соотношения

где Hi - высота теплообменных секций 3, к которым подключен воздушный тракт потока с меньшим расходом;
Hi+1 - высота теплообменных секции 4, к которым подключен воздушный тракт потока с большим расходом;
K = 0,8 -1,2 коэффициент пропорциональности;
Vi - поток воздуха с меньшим расходом;
Vi+1 - поток воздуха с большим расходом;
i - номер воздушного потока.

Воздухоподогреватель работает следующим образом: дымовые газы поступают в газоходы 1, 2 и далее в трубы теплообменных секций 3, 4, последовательно проходя их. Потоки воздуха с различными давлениями и расходами, проходящие по воздушным трактам 5, 6 и далее по ответвлениям 7, 8 и 9, 10 упомянутых воздушных трактов 5, 6 и соответствующим перепускным коробам 11, 12, 13, последовательно омывают трубы соответствующих теплообменных секций 3, 4, направляются, охлаждая в свою очередь дымовые газы, и отводятся каждый поток к своему технологическому потребителю.

Поскольку воздушные тракты разноименных потоков имеют ответвления, равные по расходу воздуха, число ответвлений равно числу газоходов и к каждому газоходу подключено равное количество ответвления каждого потока, то через каждый газоход проходит одно и тоже количество воздуха, чем обеспечивается одинаковый теплообмен во всех газоходах, позволяющий выровнять температурное поле уходящих дымовых газов, т.к. каждая группа ответвлений воздушных трактов разноименных потоков подключена только к одному газоходу, причем ответвления воздушных трактов одноименных потоков к теплообменным секциям газоходов подключены в одной зоне температур дымовых газов, то еще более выравнивается температурное поле дымовых газов, а воздушные тракты, включающие и перепускные короба, имеют минимально возможную длину и, следовательно, минимальное аэродинамическое сопротивление, что снижает энергоемкость устройства.

Поскольку высота теплообменных секций пропорциональна расходу проходящего через них потока воздуха, то процесс теплообмена в каждой секции (особенно это важно для входных по воздуху секций) также идентичен, что дополнительно обеспечивает равномерность температурного поля уходящего потока газов.

Коэффициент пропорциональности К= 0,8-1,2 определяет оптимальное соотношение между высотой теплообменных секций и расходом воздуха воздушных потоков, и отклонение его в ту или иную сторону приводит к отклонению скоростей воздушных потоков от значений, обеспечивающих оптимальный теплообмен, что отрицательно сказывается на экономических характеристиках водоподогревателя.

Выходные (по ходу дымовых газов) теплообменные секции являются входными для потока воздуха с наибольшим расходом, что позволяет сосредоточить процесс коррозии в пределах именно этих секций, предотвращая ее распространение в предыдущие (по ходу дымовых газов) секции.

Устройство предназначено для нагрева воздуха, идущего на горение и сушку топлива. Воздухоподогреватель содержит несколько параллельно включенных газоходов, в которых установлены теплообменные секции, газовые тракты и воздушные тракты разноименных потоков, подключенные к теплообменным секциям. Изобретение позволяет повысить равномерность температурного поля выходящего потока дымовых газов путем подачи равного количества воздуха разноименных потоков через каждый газоход при минимальной длине воздушных трактов и обеспечения идентичного теплообмена в каждой теплообменной секции. Для чего каждый воздушный тракт имеет равные по расходу воздуха ответвления, число которых равно числу газоходов, к теплообменным секциям каждого газохода подключено по равному числу ответвлений воздушных трактов каждого из разноименных потоков, причем все ответвления воздушных трактов одноименных потоков к теплообменным секциям подключены в одинаковых зонах температур дымовых газов, а теплообменные секции имеют заданную высоту. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Воздухоподогреватель для нагрева дымовыми газами воздушных потоков с разными давлениями и расходами, содержащий несколько параллельно включенных, равных по расходу газов газоходов с симметрично установленными в них теплообменными секциями, газовые тракты и воздушные тракты для разноименных потоков, подключенные к упомянутым теплообменным секциям, отличающийся тем, что каждый воздушный тракт имеет равные по расходу воздуха ответвления, число которых равно числу газоходов, к теплообменным секциям каждого газохода подключено по равному числу ответвлений воздушных трактов каждого из разноименных потоков, причем все ответвления воздушных трактов одноименных потоков к теплообменным секциям подключены в одинаковых зонах температур дымовых газов, а теплообменные секции выполнены с высотой, определяемой соотношением

где Н_i - высота секций, к которым подключены воздушные тракты потока с меньшим расходом;
Н_i + 1 - высота секций, к которым подключены воздушные тракты потока с большим расходом;
К = 0,8 - 1,2 - коэффициент пропорциональности;
V_i - поток воздуха с меньшим расходом;
V_i + 1 - поток воздуха с большим расходом;
i - номер воздушного потока. 2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что ответвления воздушного тракта потока с наибольшим расходом подключены к выходным (по ходу дымовых газов) теплообменным секциям.