МНОГОХОДОВОЙ ТРУБЧАТЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F23L15/00 

Изобретение относится к промышленной энергетике, в частности к устройствам для утилизации тепла уходящих дымовых газов - воздухоподогревателям, предназначено для использования в топливосжигающих промышленных установках, работающих преимущественно на высокосернистых топливах, например, в котельных установках тепловых электростанций или на нефтеперерабатывающих заводах в печах с открытой компоновкой при любой температуре наружного воздуха, включая ее отрицательные (минусовые) значения, и направлено на повышение эффективности и надежности в эксплуатации трубчатых воздухоподогревателей (ТВП).

В технике ТВП известны достаточно давно и успешно эксплуатируются в различных отраслях промышленной энергетики. Конструктивно известные ТВП обычно содержат несколько последовательно включенных по греющей среде секций теплообменных поверхностей, установленных в прямом участке отводящего газохода топливосжигающей промышленной установки и последовательно соединенных между собой по нагреваемой среде (воздуху) в противотоке дымовым газам, дутьевой вентилятор подачи всего потока атмосферного воздуха в последнюю по ходу дымовых газов "холодную" секцию и далее последовательно в остальные предвключенные ей по дымовым газам секции, и средства для предварительного подогрева всего потока подводимого атмосферного воздуха с целью защиты теплообменных поверхностей упомянутой "холодной" секции от низкотемпературной сернистой коррозии. В качестве таких средств в технике известно использование теплообменников - паровых калориферов (1) и систем рециркуляции требуемых объемов нагретого в ТВП воздуха, включающих воздуховод, с помощью которого рециркулируемая часть нагретого в ТВП воздуха подается в общий поток подводимого атмосферного воздуха, перемешивается с ним для требуемого подъема температуры потока воздушной смеси перед ее поступлением в холодную секцию ТВП (2). Возможна и комбинация этих средств.

Наиболее близким к заявляемому объекту по техническому существу (его прототипом) является известный ТВП с первым из указанных выше средств для предварительного подогрева всего потока подводимого атмосферного воздуха - паровым калорифером (1). В известных ТВП такой паровой калорифер установлен на подводящем воздуховоде перед последней по ходу дымовых газов "холодной" секцией. В качестве греющей среды в калорифер предусмотрен подвод греющего пара требуемых параметров от постороннего источника (например, из отборов паровой турбины тепловой электростанции или от специального парогенератора в промышленных установках другого типа) и отвод из него конденсата греющего пара.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании такого известного ТВП, взятого в качестве прототипа заявляемого объекта, следует отнести некоторые из присущих ему недостатков, которые заключаются в следующем. Во-первых, применение парового калорифера для предварительного подогрева всего потока подводимого атмосферного воздуха делает невозможным использование таких ТВП в промышленных установках с открытой компоновкой при низких отрицательных (минусовых) температурах наружного воздуха из-за неизбежного замораживания конденсата греющего пара, что может привести к нарушению герметичности (разрыву) греющего тракта теплообменных поверхностей калорифера или магистрали отвода конденсата греющего пара, нарушению температурного режима подаваемого в ТВП атмосферного воздуха и разрушению теплообменных поверхностей его "холодной" секции из-за ускоренного при этом развития низкотемпературной сернистой коррозии, к снижению надежности и долговечности в эксплуатации калорифера и самого ТВП, к снижению эффективности эксплуатации промышленной установки в целом. Во-вторых, для заданного предварительного подогрева всего потока подводимого в ТВП атмосферного воздуха требуются калориферы с достаточно развитой теплообменной поверхностью, имеющие значительные габариты, металлоемкость и стоимость, но главное - требующие соответствующего расхода греющей среды - водяного пара необходимых параметров, производство которого предполагает определенные энергозатраты и не всегда может быть обеспечено в необходимом количестве самой промышленной установкой. А дефицит греющего пара в условиях низких отрицательных температур наружного воздуха существенно ограничивает или даже полностью исключает возможность использования паровых калориферов для нормальной эксплуатации ТВП в таких условиях. Наконец, дутьевой вентилятор в известных ТВП практически не защищен от воздействия морозного наружного воздуха, что ухудшает условия его эксплуатации.

Данное изобретение направлено на решение основной задачи - обеспечить надежную защиту ТВП от низкотемпературной сернистой коррозии без дополнительных энергозатрат на предварительный подогрев всего потока подводимого атмосферного воздуха вообще и без использования для этих целей водяного пара необходимых параметров - в частности, при охлаждении уходящих дымовых газов до экономичного уровня и возможности надежной эксплуатации таких ТВП при низких отрицательных температурах наружного воздуха.

Технический результат, который должен быть получен при решении этой задачи и промышленной реализации заявляемого объекта - сохранение простоты конструкции известных ТВП из традиционных секций теплообменных поверхностей с теплообменником для предварительного подогрева всего потока подводимого атмосферного воздуха без использования для этих целей водяного пара в качестве греющего теплоносителя или других теплоносителей от посторонних источников при обеспечении повышенной эффективности и надежности таких ТВП в эксплуатации при низких отрицательных температурах наружного воздуха.

Указанный выше технический результат при осуществлении данного изобретения достигается тем, что в известном многоходовом ТВП со встречным перекрестным потоком теплообменивающихся сред, содержащем последовательно включенные по греющей среде секции теплообменных поверхностей, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки и последовательно соединенные между собой по нагреваемой среде (воздуху), дутьевой вентилятор и теплообменник для предварительного подогрева всего подводимого потока атмосферного воздуха, в соответствии с данным изобретением в качестве греющей среды через упомянутый теплообменник выполнена подача части горячего воздуха с выхода воздухоподогревателя в необходимом объеме при обеспечении регулировки его расхода, а сам теплообменник по нагреваемой среде (воздуху) включен на всасе дутьевого вентилятора. При этом целесообразно, чтобы последняя по ходу дымовых газов "холодная" секция ТВП по сравнению с предвключенными ей по дымовым газам дополнительно была выполнена с меньшим проходным сечением газового тракта.

Действительно, предлагаемая подача в качестве греющей среды через упомянутый теплообменник горячего воздуха с выхода ТВП в необходимом объеме при обеспечении регулировки его расхода позволит сохранить простую конструкцию аналогичных известных ТВП и осуществить требуемый (регулируемый) предварительный подогрев всего потока атмосферного воздуха без использования для этих целей водяного пара необходимых параметров или других теплоносителей от посторонних источников, а также без дополнительных энергозатрат на эти цели, обеспечит высокую надежность эксплуатации таких ТВП при низких отрицательных температурах наружного воздуха в промышленных установках с открытой компоновкой и повысит их эффективность. Включение упомянутого теплообменника по нагреваемой среде (воздуху) на всасе дутьевого вентилятора обеспечит надежную защиту последнего от воздействия морозного наружного воздуха без дополнительной рециркуляции на его всас горячего воздуха для этой цели и без увеличения нагрузки, при этом обеспечиваются эффективное перемешивание всего потока предварительно подогретого атмосферного воздуха в самом дутьевом вентиляторе и ликвидация разверки температур по сечению потока на входе в "холодную" секцию ТВП. Предлагаемое уменьшение проходного сечения газового тракта последней по ходу дымовых газов "холодной" секции по сравнению с предвключенными ей вызовет повышение скорости потока дымовых газов через эту секцию, обеспечит соответствующее повышение коэффициента теплоотдачи со стороны газов и позволит понизить температуру предварительного подогрева атмосферного воздуха на входе в эту секцию при сохранении температуры стенки ее теплообменных поверхностей выше температуры точки росы дымовых газов. Это позволит уменьшить количество горячего воздуха, направляемого с выхода ТВП через греющий тракт теплообменника для предварительного подогрева всего потока атмосферного воздуха, и дополнительно доохладить уходящие дымовые газы, что повысит эффективность работы ТВП. Кроме того, такой ТВП позволяет иметь на выходе два потока дутьевого воздуха с разной температурой, более низкой с выхода предварительного подогревателя, которые в зависимости от условий эксплуатации можно использовать раздельно или смешивать.

Проведенный заявителем анализ уровня техники по доступным источникам информации, включающий поиск и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого объекта, не выявил аналогов заявляемого многоходового ТВП, характеризующихся всей совокупностью присущих ему существенных (или тождественных им) признаков. Выявленный ближайший аналог заявляемого объекта позволил выделить совокупность существенных по отношению к указанному заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемый объект изобретения соответствует условию охраноспособности "новизна".

Проведенный заявителем дополнительный поиск известных решений в этой же и в смежных областях техники не выявил известность использования отличительных признаков заявляемого объекта изобретения для решения таких же или аналогичных задач. Это доказывает, что заявляемый объект не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявляемый объект изобретения соответствует условию охраноспособности "изобретательский уровень".

Поскольку для промышленного осуществления заявляемого объекта отсутствуют препятствия технического, технологического или иного порядка, заявляемый объект изобретения соответствует условию охраноспособности "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже конкретный пример его осуществления, что не исключает другие варианты промышленной реализации заявляемого объекта в пределах формулы изобретения, и чертеж, на котором схематически представлен заявляемый многоходовой ТВП.

Представленный на чертеже многоходовой ТВП в соответствии с данным изобретением содержит секции 1 и 2 трубчатых теплообменных поверхностей (их количество может быть и больше), последовательно включенные по греющему тракту, установленные в отводящем газоходе 3 промышленной топливосжигающей установки и последовательно соединенные между собой по нагреваемой среде (воздуху) в противотоке дымовым газам перепускным воздушным коробом 4. Он снабжен теплообменником 5 для предварительного подогрева всего потока подводимого для нагрева атмосферного воздуха, который по нагреваемой среде включен между воздухозаборными устройством 6 и всасом дутьевого вентилятора 7. Подача всего потока атмосферного воздуха выполнена дутьевым вентилятором 7 на вход ТВП в его последнюю по ходу дымовых газов "холодную" секцию 2, а отвод нагретого в ТВП воздуха выполнен из первой по ходу дымовых газов "горячей" секции 1 воздуховодом 8. Часть потока горячего воздуха из воздуховода 8 подведена воздуховодом 9 в греющий тракт теплообменника 5, из которого после частичного охлаждения за счет теплообмена с нагреваемым атмосферным воздухом выведена воздуховодом 10. Для регулировки расхода горячего воздуха через греющий тракт теплообменника 5 на воздуховоде 8 после подключения к нему воздуховода 9 и на воздуховоде 9 установлены запорно-регулирующие шиберы 11 и 12 соответственно. При необходимости этот ТВП может быть снабжен байпасирующим теплообменник 5 воздуховодом 13 с запорно-регулирующим шибером 14. Еще одной существенной особенностью заявляемого ТВП является выполнение последней по ходу дымовых газов "холодной" секции 2 с меньшим проходным сечением газового тракта по сравнению с предвключенными ей по дымовым газам секциями (в представленном на чертеже варианте ТВП - секцией 1).

Указанные особенности конструктивного выполнения заявляемого ТВП определяют и особенность его работы, которая заключается в следующем. Атмосферный воздух дутьевым вентилятором 7 закачивается через воздухозаборное устройство 6 и воздушный тракт теплообменника 5, в котором осуществляется необходимый предварительный подогрев всего потока атмосферного воздуха за счет его теплообмена с горячим воздухом, поступающим в греющий тракт теплообменника 5 по воздуховоду 9 из отводящего воздуховода 8. Расход горячего воздуха через греющий тракт теплообменника 5 устанавливают из расчета предварительного подогрева всего потока атмосферного воздуха до температуры, обеспечивающей поддержание входных теплообменных поверхностей "холодной" секции 2 ТВП выше температуры точки росы дымовых газов, и осуществляют с помощью одновременного управления запорно-регулирующими шиберами 11 и 12 на воздуховодах 8 и 9 соответственно. Предварительно подогретый поток атмосферного воздуха перемешивается в самом вентиляторе 7 и подается им на вход ТВП - в его "холодную" секцию 2 (в представленном на чертеже варианте) без разверки температур по всему сечению потока. В "холодной" секции 2 ТВП происходит дальнейший частичный подогрев подводимого потока атмосферного воздуха за счет его теплообмена с уходящими дымовыми газами, которые при этом доохлаждаются до экономичного уровня и с помощью дымососа подаются в дымовую трубу (на чертеже не показаны). Из секции 2 дополнительно нагретый поток воздуха поступает по перепускному воздушному коробу 4 в очередную предвключенную по дымовым газам секцию. В представленном на чертеже варианте ТВП это первая по ходу дымовых газов "горячая" секция 1, в которой происходит окончательный нагрев всего потока подведенного для нагрева воздуха за счет его теплообмена с более горячими дымовыми газами. Окончательно нагретый воздух отводится из ТВП по воздуховоду 8, из которого (как было указано выше) часть потока горячего воздуха по воздуховоду 9 подается в качестве греющей среды в теплообменник 5. При выполнении выходной по дымовым газам "холодной" секции 2 меньшего сечения по газовому тракту по сравнению с предвключенными ей секциями, в данном случае - с секцией 1, принцип работы ТВП не изменяется, изменяется только условия теплообмена в секции 2. За счет уменьшения проходного сечения секции 2 по тракту дымовых газов увеличивается их скорость в трубах этой секции, что вызывает повышение коэффициентов теплоотдачи со стороны газов. А это обеспечивает повышение температуры теплообменных поверхностей "холодной" секции 2 ТВП и необходимую защиту их от низкотемпературной сернистой коррозии даже при пониженной температуре предварительного подогрева подводимого потока атмосферного воздуха, т.е. при уменьшении доли горячего воздуха, подаваемого с выхода ТВП через горячую ступень теплообменника 5 в качестве греющей среды, и увеличении доли отводимого из ТВП воздуха с более высокой температурой при одновременном разгружении дутьевого вентилятора 7 по температуре. С выхода заявляемого ТВП отводится два потока нагретого в нем воздуха: отводимая по воздуховоду 8 часть общего потока имеет более высокую температуру, а по воздуховоду 10 прошедшая через теплообменник 5 часть общего потока имеет более низкую температуру за счет теплообмена с холодным атмосферным воздухом. В зависимости от условий эксплуатации эти потоки могут использоваться раздельно или объединяться. В первом случае запорно-регулирующий шибер 14 на байпасирующем теплообменник 5 воздуховоде 13 должен быть полностью закрыт, во втором случае полностью закрытым должен быть запорно-регулирующий шибер 11 на отводящем воздуховоду 8, а запорно-регулирующий шибер 14 на байпасирующем воздуховоде 13 должен быть открыт настолько, чтобы обеспечить требуемый расход горячего воздуха через греющий тракт теплообменника 5, а средняя температура отводимого из ТВП общего потока горячего воздуха по воздуховоду 10 будет несколько ниже температуры его нагрева в ТВП.

Следовательно, заявляемый ТВП обеспечивает решение основной задачи - надежную защиту теплообменных поверхностей от низкотемпературной сернистой коррозии без использования дополнительных энергозатрат на предварительный подогрев подводимого потока атмосферного воздуха, в том числе в виде теплоносителей от посторонних источников, охлаждение уходящих дымовых газов до экономичного уровня, надежную эксплуатацию ТВП при низких отрицательных температурах наружного воздуха, - с получением указанного технического результата - сохранение простоты конструкции аналогичных известных ТВП при одновременном повышении эффективности их эксплуатации.

Источники информации
1. Липец А. У. и др. Разработка и внедрение каскадных трубчатых воздухоподогревателей ЗиО. //Теплотехника. -1985. - 1. -с.25-26, рис.8 (обычный ТВП) - прототип.

2. Авторское свидетельство СССР 112827, кл. F 23 L 15/04, 1957 г.

Изобретение относится к промышленной энергетике и может быть использовано для утилизации тепла уходящих дымовых газов в топливосжигающих промышленных установках, работающих преимущественно на высокосернистых топливах. Сущность изобретения в том, что в многоходовом трубчатом воздухоподогревателе со встречным перекрестным потоком теплообменивающихся сред, содержащем последовательно включенные по греющей среде секции теплообменных поверхностей, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки и последовательно соединенные между собой по нагреваемой среде (воздуху), дутьевой вентилятор и теплообменник для предварительного подогрева всего подводимого потока атмосферного воздуха, в качестве греющей среды через упомянутый теплообменник выполнена подача горячего воздуха с выхода воздухоподогревателя в необходимом количестве при обеспечении регулировки его расхода, а сам теплообменник по нагреваемой среде (воздуху) включен на всасе дутьевого вентилятора. При этом последняя по ходу дымовых газов "холодная" секция выполнена с меньшим проходным сечением. При таком выполнении воздухоподогревателя обеспечивается повышенная эффективность и надежность эксплуатации при низких температурах наружного воздуха без использования для предварительного подогрева атмосферного воздуха водяного пара. 1 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Многоходовой трубчатый воздухоподогреватель со встречным перекрестным потоком теплообменивающихся сред, содержащий последовательно включенные по греющей среде секции теплообменных поверхностей, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки и последовательно соединенные между собой по нагреваемой среде (воздуху), дутьевой вентилятор и теплообменник для предварительного подогрева всего подводимого потока атмосферного воздуха, отличающийся тем, что в качестве греющей среды через упомянутый теплообменник выполнена подача горячего воздуха с выхода воздухоподогревателя в необходимом объеме при обеспечении регулировки его расхода, а сам теплообменник по нагреваемой среде (воздуху) включен на всасе дутьевого вентилятора. 2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что последняя по ходу дымовых газов "холодная" секция, по сравнению с предвключенными ей по дымовым газам, выполнена с меньшим проходным сечением газового потока.