RU2289067C1

RU2289067C1 - Plane-channel glass air heater

Info

Publication number: RU2289067C1
Application number: RU2005113466/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов; Наталь Евгеньевна Семичева (RU); Наталья Евгеньевна Семичева
Priority date: 2005-05-03
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2006-12-10

Abstract

FIELD: heat power engineering, applicable for use of the heat of flue gases of boiler units of industrial furnaces at heating of air supplied for burning.

SUBSTANCE: the air heater has a pile of glass heat-exchanging elements made of heat-resistant low-alkaline glass reinforced by a metal screen fastened with the use of sealings between the two tube plates by bolts and placed in a body with a cover, the heat-exchanging elements are U-shaped or L-shaped and have air ducts having a rough surface of the walls, they are laid in rows on one another between the posts fastened to the supporting beams with formation of a gas conduit between each adjacent row, and are interconnected through elastic seals.

EFFECT: enhanced service reliability and economic efficiency.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, для использования тепла дымовых газов котельных агрегатов и промышленных печей при нагревании воздуха, подаваемого на горение.The present invention relates to a power system, namely, to use the heat of the flue gases of boiler units and industrial furnaces when heating the air supplied to the combustion.

Известен воздухоподогреватель, содержащий регенеративную ступень, подключенную к источнику воздуха через рекуперативную ступень, снабженную предвключенным по воздуху пакетом стеклянных труб (теплообменных элементов), выполненных из термостойкого малощелочного стекла, закрепленных с применением уплотняющих колец из термостойкой фторкаучуковой резины (упругих уплотнений), надеваемых на трубки и зажимаемых болтами между двумя трубными досками, обеспечивающими уплотнение труб и через байпасный трубопровод с калорифером [1].Known air heater containing a regenerative stage, connected to an air source through a regenerative stage, equipped with an upstream package of glass pipes (heat exchange elements) made of heat-resistant low-alkali glass, secured using sealing rings of heat-resistant fluororubber rubber (elastic seals) worn on the tube and clamped by bolts between two pipe boards, providing pipe sealing and through a bypass pipe with a heater [1].

Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции, выражающаяся в сложности монтажа и замены трубок, в неравномерном обжатии уплотнительных колец стеклянных труб, приводящем к перетечкам воздуха в газовый тракт и к возникновению в трубках температурных и механических напряжений, приводящих к разрушению трубной конструкции, возможности возникновения акустического резонанса в газовом объеме, что ограничивает площадь газового сечения и, соответственно, производительность воздухоподогревателя и ведет к снижению надежности и эффективности воздухоподогревателя.The main disadvantages of the known device are the complexity of the design, expressed in the complexity of the installation and replacement of the tubes, uneven compression of the sealing rings of the glass pipes, leading to overflow of air into the gas path and the occurrence of thermal and mechanical stresses in the pipes, leading to destruction of the pipe structure, the possibility of acoustic resonance in the gas volume, which limits the gas cross-sectional area and, accordingly, the performance of the air heater and leads to a decrease NIJ reliability and efficiency of the air heater.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является воздухоподогреватель, содержащий пакет стеклянных теплообменных элементов, выполненных из термостойкого малощелочного армированного металлической сеткой стекла, закрепленный с применением упругих уплотнений между двумя трубными досками болтами и помещенный в корпус с крышкой, причем стеклянные теплообменные элементы представляют собой многоканальные стеклоблоки с воздушными каналами, имеющими шероховатую поверхность стекла и через стенку газовыми каналами, имеющими гладкую поверхность стенки, размещенными по длине вдоль каждого блока, причем стеклоблоки расположены многорядной системой перевязки с образованием по длине пакета сквозных одноименных каналов, соединенных между собой по длине через упругие уплотнения с прокладками между каждым рядом, боковыми поверхностями блоков и корпусом [2].Closer in technical essence to the present invention is an air heater containing a package of glass heat exchange elements made of heat-resistant low-alkali glass reinforced with a metal mesh, secured with elastic seals between two tube boards with bolts and placed in a housing with a lid, and glass heat-exchange elements are multi-channel glass blocks with air channels having a rough glass surface and gas channels through the wall mi having a smooth wall surface, placed along the length along each block, and the glass blocks are arranged by a multi-row dressing system with the formation along the length of the packet of through channels of the same name, interconnected along the length through elastic seals with gaskets between each row, side surfaces of the blocks and the body [2 ].

Основными недостатками известного устройства являются жесткость конструкции по периметру блоков, способствующая возникновению температурной деформации в стеклянных теплообменных элементах, возникающих за счет температурного расширения, что приводит к снижению надежности стеклоблочного воздухоподогревателя, сложность изготовления многоканальных стеклоблоков и связанное с ней отсутствие индустриальной базы для их производства, что ведет к увеличению стоимости стеклоблоков и, как следствие - к снижению экономической эффективности стеклоблочного воздухоподогревателя.The main disadvantages of the known device are the structural rigidity around the perimeter of the blocks, which contributes to the occurrence of temperature deformation in the glass heat exchange elements arising from thermal expansion, which reduces the reliability of the glass-block air heater, the complexity of manufacturing multi-channel glass blocks and the associated lack of an industrial base for their production, which leads to an increase in the cost of glass blocks and, as a consequence, to a decrease in economic efficiency glass air heater.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности за счет изменения конструкции теплообменных элементов и экономической эффективности, достигаемой снижением их стоимости.The technical task of the invention is to increase operational reliability by changing the design of heat exchange elements and economic efficiency achieved by reducing their cost.

Технический результат достигается тем, что воздухоподогреватель содержит пакет стеклянных теплообменных элементов, выполненных из термостойкого малощелочного стекла, армированного металлической сеткой, с внутренней шероховатой поверхностью, закрепленных с применением упругих уплотнений между двумя трубными досками болтами и помещенными в корпус с крышкой, причем теплообменные элементы имеют П-образную или Г-образную форму, уложены по рядам друг на друга или в шахматном порядке со смещением по вертикали на высоту элемента с образованием газовых и воздушных каналов, соединены между собой термостойким клеем через слой термостойкой резины и зафиксированы стойками, прикрепленными к опорным балкам.The technical result is achieved by the fact that the air heater contains a package of glass heat-exchange elements made of heat-resistant low-alkali glass reinforced with a metal mesh, with an inner rough surface, fixed with elastic seals between two tube boards by bolts and placed in a housing with a cover, and the heat-exchange elements have П -shaped or L-shaped, stacked in rows on top of each other or in a checkerboard pattern with a vertical offset by the height of the element with the form gas and air channels, are interconnected by heat-resistant adhesive through a layer of heat-resistant rubber and fixed by struts attached to support beams.

На фиг.1, 2 представлен плоскоканальный стеклянный воздухоподогреватель, содержащий корпус 1 с прокладкой 2, заключающий в себе расположенные однорядной системой перевязки П-образные или Г-образные стеклянные элементы соответственно, выполненные из термостойкого малощелочного стекла, армированного металлической сеткой (на фиг.1,2 не показана), с прямоугольным каналом 4 для прохода воздуха, в виде слоя термостойкой резины 5 с термостойким клеем 6 между стеклоблоками и закрепленные по вертикали стойкой 7 с балкой 8, прямоугольные газовые каналы 9 между стеклоблоками. Трубные решетки на фиг.1, 2 не показаны.Figure 1, 2 shows a flat-channel glass air heater containing a housing 1 with a gasket 2, comprising U-shaped or L-shaped glass elements located by a single-row dressing system, respectively, made of heat-resistant low-alkali glass reinforced with a metal mesh (Fig. 1 , 2 not shown), with a rectangular channel 4 for the passage of air, in the form of a layer of heat-resistant rubber 5 with heat-resistant adhesive 6 between the glass blocks and vertically secured by a rack 7 with a beam 8, rectangular gas channel There are 9 between the glass blocks. Tube gratings in figure 1, 2 are not shown.

В основу работы предлагаемого плоскоканального стеклянного воздухоподогревателя положена интенсификация теплообмена путем применения поверхностей теплообмена с искусственно созданной шероховатостью. В предложенных вариантах стеклоблочного воздухоподогревателя шероховатая поверхность, предусматриваемая в каналах для прохода среды без механических примесей и с меньшим значением коэффициента теплопроводности, то есть нагреваемого воздуха, обеспечивает интенсификацию процессов теплопередачи путем турбулизации потока среды и разрушения ламинарного подслоя и увеличивает поверхность нагрева, что в свою очередь приводит к снижению размера теплообменных элементов. Выполнение газовых каналов прямоугольного сечения с гладкой стенкой обеспечивает возможность регулярной надежной очистки теплообменной поверхности от механических загрязнений, что также интенсифицирует процесс теплопередачи [3, с.272-276]. Выполнение теплообменных элементов в виде одноканальных блоков обеспечивает удобство монтажа и ремонта воздухоподогревателя. Кроме того, выполнение газовых и воздушных каналов прямоугольного сечения приближает конструкцию стеклоблочного воздухоподогревателя к конструкции пластинчатого воздухоподогревателя, что позволяет уменьшить габариты предлагаемого воздухоподогревателя по сравнению с трубчатым стеклянным воздухоподогревателем. Армирование стеклянных стенок каналов также способствует повышению прочности стеклоблоков и увеличению коэффициента теплопроводности, λ [4, с.13-15]. Возможность выполнения каналов для прохода дымовых газов с площадью поперечного сечения большей площади каналов для прохода воздуха ведет к выравниванию скоростей обоих потоков и, следовательно, к увеличению коэффициента теплопередачи К [5, с.316]. Возможность разделения общего потока дымовых газов на множество отдельных, протекающих через каналы с гладкими стенками, исключает вероятность возникновения явления акустического резонанса, сопровождающегося пульсациями давления и приводящего к разрушению конструкции воздухоподогревателя [4, с.57-60].The work of the proposed flat-channel glass air heater is based on the intensification of heat transfer by using heat transfer surfaces with artificially created roughness. In the proposed versions of the glass-block air heater, the rough surface provided in the channels for the passage of the medium without mechanical impurities and with a lower value of the coefficient of heat conductivity, i.e., heated air, provides for the intensification of heat transfer processes by turbulence of the medium flow and destruction of the laminar sublayer and increases the heating surface, which in turn leads to a decrease in the size of the heat exchange elements. The implementation of rectangular gas channels with a smooth wall allows regular reliable cleaning of the heat exchange surface from mechanical impurities, which also intensifies the heat transfer process [3, p.272-276]. The implementation of the heat exchange elements in the form of single-channel blocks provides ease of installation and repair of the air heater. In addition, the implementation of gas and air channels of rectangular cross-section brings the design of a glass-block air heater closer to the design of a plate-type air heater, which makes it possible to reduce the dimensions of the proposed air heater in comparison with a tubular glass air heater. The reinforcement of the glass walls of the channels also helps to increase the strength of the glass blocks and increase the coefficient of thermal conductivity, λ [4, p.13-15]. The ability to create channels for the passage of flue gases with a cross-sectional area of a larger area of the channels for air passage leads to equalization of the velocities of both flows and, therefore, to an increase in the heat transfer coefficient K [5, p. 316]. The possibility of dividing the total flue gas stream into many separate ones flowing through channels with smooth walls eliminates the possibility of the occurrence of acoustic resonance, accompanied by pressure pulsations and leading to the destruction of the air heater structure [4, p. 57-60].

Плоскоканальный стеклянный воздухоподогреватель, представленный на фиг.1, 2 работает следующим образом.Flat-glass glass air heater shown in figure 1, 2 operates as follows.

Дымовые газы при разрежении, соответствующем режиму работы котельного агрегата и температуре, близкой к температуре конденсации водяных паров, содержащихся в них, поступают в газовые прямоугольные каналы с гладкими стенками 9, легко подвергающиеся очистке от оседающих на них механических примесей, содержащихся в дымовых газах. В воздушные прямоугольные каналы 4 с шероховатой поверхностью и площадью поперечного сечения меньшей, чем у каналов 9 между стеклянными элементами 3 поступает холодный воздух, который, при прохождении через каналы 4 в результате процесса теплообмена, заключающегося в передаче тепла теплопроводностью через общие стенки газовых и воздушных каналов 9 и 4, соответственно конвекции в газовой и воздушной средах, нагревается до требуемой температуры, а дымовые газы охлаждаются с частичной конденсацией водяных паров, содержащихся в них. При этом, в зависимости от вида укладки стеклянных элементов 3, предложенная конструкция стеклоблочного воздухоподогревателя позволяет осуществлять процесс подогрева воздуха при прямоточном, противоточном и перекрестном движении теплоносителей.Flue gases at a vacuum corresponding to the operating mode of the boiler unit and a temperature close to the condensation temperature of the water vapor contained in them enter the rectangular gas channels with smooth walls 9, which are easily cleaned from the mechanical impurities deposited on them in the flue gases. Cold air enters the rectangular rectangular air channels 4 with a rough surface and a cross-sectional area smaller than that of the channels 9 between the glass elements 3, which, when passing through the channels 4 as a result of the heat exchange process, consisting in the transfer of heat by heat conduction through the common walls of the gas and air channels 9 and 4, respectively, convection in gas and air environments, is heated to the required temperature, and flue gases are cooled with partial condensation of water vapor contained in them. At the same time, depending on the type of stacking of the glass elements 3, the proposed design of a glass-block air heater allows the process of heating the air with direct-flow, countercurrent and cross-flow of heat carriers.

Таким образом, предлагаемый плоскоканальный стеклянный воздухоподогреватель позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность работы устройства за счет выполнения стеклянных теплообменных элементов П-образной или Г-образной формы, что предотвращает возникновение в них температурных деформаций и снижает стоимость их изготовления.Thus, the proposed flat-channel glass air heater can improve the operational reliability and efficiency of the device due to the implementation of glass heat-exchange elements of a U-shaped or L-shaped, which prevents the occurrence of temperature deformations in them and reduces the cost of their manufacture.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Авторское свидетельство СССР №817395, кл. F 23 L 15/04, 1981.1. USSR copyright certificate No. 817395, cl. F 23 L 15/04, 1981.

2. Патент РФ №2247281, Мкл. F 23 L/04, 20052. RF patent No. 2247281, Mcl. F 23 L / 04, 2005

3. М.А.Михеев, И.М.Михеева Основы теплопередачи. - М: «Энергия», 1973, 320 с.3. M.A. Mikheev, I.M. Mikheeva Fundamentals of heat transfer. - M: "Energy", 1973, 320 p.

4. Т.С.Добряков, В.К.Мигай и др. Воздухоподогреватели котельных установок, 1977, 184 с.4. T.S.Dobryakov, V.K. Migai and others. Air heaters of boiler plants, 1977, 184 p.

5. Водяные тепловые сети: Справочное пособие / Под ред. Н.К.Громова, Е.П.Шубина, 1988, 376 с.5. Water heating networks: Reference manual / Ed. N.K. Gromova, E.P. Shubina, 1988, 376 p.

Claims

A flat-channel glass air heater, including a package of glass heat-exchange elements made of heat-resistant low-alkali glass, reinforced with a metal mesh with an inner rough surface, fastened with elastic seals between two tube boards with bolts and placed in a housing with a cover, characterized in that the glass heat-exchange elements have П -shaped or L-shaped, stacked in rows on top of each other or in a checkerboard pattern with a vertical offset by the height of the element with the formation of air and gas channels, are interconnected by heat-resistant adhesive through a layer of heat-resistant rubber and fixed between the posts attached to the support beams.