RU2062942C1 - Heat exchanger - Google Patents

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: fire tubes are mounted inside front, side, and rear jackets. The ends of the fire tube are secured in openings of the end face walls. The front jacket is provided with the opening for supplying heating gases or mounting a burner. The bottom and top jackets are provided with branch pipes for supplying and discharging water to be heated, respectively, Collectors for discharging gases are positioned outside of the gas duct. Depending on the gas duct structure and parameters of a heat carrier as well as to use the minimum number of kind and sizes of jackets, the cross-section fire tubes can be parallelogram, trapezium, rectangular, rectangular with a projection on one of its sides, and cylindric or conical segment. When the jackets are connected in parallel, heating gases are supplied from the gas duct to the fire tubes and discharged to the collector separately for each jacket. When the jackets are connected in series, heating gases are supplied from the gas duct to the fire tubes and discharged in collectors 13 separately for each group of jackets. EFFECT: enhanced efficiency. 8 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в конструкциях теплообменников, работающих на чистых газах, например в котлостроении. The invention relates to heat engineering and can be used in the design of heat exchangers operating on clean gases, for example in boiler building.

Известен теплообменник, газоход которого образован из цельносварных мембранных панелей, состоящих из труб с приваренными и ним проставками из металлических полос или оребренных труб, сваренных между собой по вершине ребер (см. патент США N 3406664, МКИ 122-7, 1968). A heat exchanger is known, the gas duct of which is formed of all-welded membrane panels consisting of pipes with spacers welded on it and metal strips or finned tubes welded together at the top of the fins (see US patent N 3406664, MKI 122-7, 1968).

Недостатком такого теплообменника является его потребность в несущем каркасе, так как жесткость элементов этой конструкции недостаточна для того, чтобы корпус теплообменника мог быть создан без каркаса. Это приводит и увеличению металлоемкости теплообменника. The disadvantage of such a heat exchanger is its need for a supporting frame, since the stiffness of the elements of this design is insufficient so that the body of the heat exchanger can be created without a frame. This leads to an increase in the metal consumption of the heat exchanger.

Известен теплообменник, газоход которого выполнен из кессoнов, представляющих собой объемную коробчатую листовую конструкцию, внутри которой циркулирует нагреваемая вода. Для организации протекания нагреваемой воды внутри кессонов установлены направляющие перегородки, для придания стенкам механической прочности, способной надежно воспринимать избыточное давление нагреваемой воды, боковые стенки кессонов соединены анкерными связями. Между собой кессоны соединены при помощи электросварки или болтовых соединений (см. О. Н. Багров. "Испарительное охлаждение печей в цветной металлургии", "Металлургия". М. 1979, с. 66 67, фиг. 33 34). A heat exchanger is known, the gas duct of which is made of caissons, which are a three-dimensional box-shaped sheet structure, inside of which heated water circulates. For organizing the flow of heated water inside the caissons, guide baffles are installed, to give the walls mechanical strength that can reliably absorb the excess pressure of the heated water, the side walls of the caissons are connected by anchor ties. The caissons are interconnected by electric welding or bolted joints (see O. N. Bagrov. “Evaporative Cooling of Furnaces in Non-Ferrous Metallurgy”, “Metallurgy”. M. 1979, p. 66 67, Fig. 33 34).

Недостатком известной конструкций теплообменника является то, что кессоны, образующие стенки газохода, воспринимают тепло преимущественно только одной стороной и только тепло излучения греющих газов из объема газохода. Доля конвективного тепла, воспринимаемая кессонами, образующими стенки газохода, является малой величиной, которой следует пренебречь. В связи с этим известный теплообменник обладает повышенной металлоемкостью и пониженной тепловой эффективностью, так как только за счет радиационного теплообмена весьма трудно охладить греющие газы до температуры, обеспечивающей достаточно высокую тепловую эффективность. A disadvantage of the known designs of the heat exchanger is that the caissons forming the walls of the duct take heat mainly only on one side and only the heat of radiation from the heating gases from the volume of the duct. The fraction of convective heat perceived by the caissons forming the walls of the duct is a small quantity that should be neglected. In this regard, the known heat exchanger has an increased metal consumption and reduced thermal efficiency, since it is only very difficult to cool the heating gases by radiation heat exchange to a temperature that ensures a sufficiently high thermal efficiency.

Изобретение направлено на повышение тепловой эффективности теплообменника. The invention is aimed at increasing the thermal efficiency of the heat exchanger.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном теплообменнике, содержащем газоход, стенки которого образованы кессонами, включенными в контур циркуляции, по меньшей мере часть кессонов, образующих ограждающие стенки газохода, выполнены с дымогарными трубами, установленными внутри упомянутых кессонов и закреплены концами в отверстиях торцевых стенок, при этом упомянутые дымогарные трубы сообщены одной стороной с газоходом, а другой стороной с коллектором для отвода газов. The essence of the invention lies in the fact that in a known heat exchanger containing a gas duct, the walls of which are formed by caissons included in the circulation circuit, at least part of the caissons forming the enclosing walls of the gas duct are made with smoke tubes installed inside the said caissons and fixed with ends in the end openings walls, wherein said smoke tubes are communicated on one side with the gas duct, and the other side with a manifold for venting gases.

Дымогарные трубы каждого кессона могут быть сообщены непосредственно с газоходом и коллектором для отвода газов. The smoke tubes of each caisson can be communicated directly with the flue and the manifold for the removal of gases.

Дымогарные трубы кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов, могут быть сообщены с газоходом и коллектором для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов. Smoke tubes of caissons, forming several groups of at least two caissons, can be communicated with a flue and a manifold for exhaust gases separately for each group of caissons.

Кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму параллелограмма. Caissons with smoke tubes can have a parallelogram shape in cross section.

Кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму трапеции. Caissons with smoke tubes may have a trapezoidal cross section.

Кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму прямоугольника. Caissons with smoke tubes can have a rectangular shape in cross section.

Одна из сторон кессона с дымогарными трубами, образованная торцевой стенкой, может быть выполнена со ступенчатым выступом. One of the sides of the caisson with smoke tubes formed by the end wall can be made with a stepped protrusion.

Кессоны с дымогарными трубами могут быть выполнены в виде цилиндрического или конического сегмента. Caissons with smoke tubes can be made in the form of a cylindrical or conical segment.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый теплообменник отличается тем, что по меньшей мере часть кессонов, образующих ограждающие стенки газохода, выполнены с дымогарными трубами, установленными внутри упомянутых кессонов, и закреплены донцами в отверстиях торцевых стенок, при этом упомянутые дымогарные трубы сообщены одной стороной с газоходом, а другой стороной с коллектором для отвода газов. Comparative analysis with the prototype showed that the inventive heat exchanger is characterized in that at least part of the caissons forming the enclosing walls of the gas duct are made with smoke tubes installed inside the said caissons and are fixed with bottoms in the holes of the end walls, while the said smoke tubes are communicated on one side with a gas duct, and the other side with a manifold for exhaust gases.

Другим отличием является то, что дымогарные трубы каждого кессона могут быть сообщены непосредственно с газоходом и коллектором для отвода газов. Another difference is that the smoke tubes of each caisson can be communicated directly with the flue and the manifold for the removal of gases.

Еще одним отличием является то, что дымогарные грубы кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов, могут быть сообщены с газоходом и коллектором для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов. Another difference is that the smoke tubes of the caissons, forming several groups of at least two caissons, can be communicated with the flue and the manifold for the removal of gases separately for each group of caissons.

Отличием так же является то, что кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму параллелограмма. The difference is also that the caissons with smoke tubes can have a parallelogram shape in cross section.

Отличием является и то, что кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму трапеции. The difference is that caissons with smoke tubes can have a trapezoid shape in cross section.

Отличием является то, что кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму прямоугольника. The difference is that caissons with smoke tubes can have a rectangular shape in cross section.

Отличием является и то, что одна из сторон кессона с дымогарными трубами, образованная торцевой стенкой, может быть выполнена со ступенчатым выступом. The difference is that one of the sides of the caisson with smoke tubes formed by the end wall can be made with a stepped protrusion.

Еще одним отличием является и то, что кессоны с дымогарными трубами могут быть выполнены в виде цилиндрического или конического сегмента. Another difference is that the caissons with smoke tubes can be made in the form of a cylindrical or conical segment.

На фиг. 1 изображен теплообменник, продольный разрез. На фиг. 2 6 изображены варианты соединения кессонов по газовому тракту и формы выполнения кессонов, разрез А-А фиг. 1. In FIG. 1 shows a heat exchanger, a longitudinal section. In FIG. 2 to 6 illustrate options for connecting caissons along the gas path and the forms of execution of caissons, section AA of FIG. 1.

Теплообменник имеет газоход 1, стенки которого образованы фронтовым 2, боковыми 3, задним 4, подовым 5 и потолочным 6 кессонами. Внутри фронтового 2, боковых 3 и заднего 4 кессонов установлены дымогарные трубы 7, закрепленные концами в отверстиях торцевых стеной 8. Боковые стенди кессонов 2, 3, 4, 5 и 6 соединены анкерными связями 9. В фронтовом кессоне 2 имеется отверстие 10 для подвода греющих газов или установки горелки. Подовый 5 и потолочный 6 кессоны снабжены соответственно патрубками для подвода 11 и отводы 12 нагреваемой воды. Между собой кессоны соединены при помощи электросварки или болтовых соединений. Снаружи газохода 1 установлены коллекторы 13 для отвода газов. В зависимости от компоновки газохода 1 и параметров теплоносителя, а также для использования при изготовлении широкой гаммы теплообменников минимального количества типов и размеров кессонов с дымогарными трубами 7, последние могут иметь ряд следующих конструктивных исполнений. The heat exchanger has a gas duct 1, the walls of which are formed by the front 2, side 3, rear 4, hearth 5 and ceiling 6 caissons. Inside the front 2, side 3 and rear 4 caissons, smoke tubes 7 are installed, fixed with the ends in the holes of the end wall 8. The side stands of the caissons 2, 3, 4, 5 and 6 are connected by anchor ties 9. In the front caisson 2 there is an opening 10 for supplying heating gases or burner installation. Hearth 5 and ceiling 6 caissons are respectively equipped with nozzles for supply 11 and outlets 12 of heated water. The caissons are interconnected by electric welding or bolted connections. Outside the gas duct 1, collectors 13 are installed for venting gases. Depending on the layout of the gas duct 1 and the parameters of the coolant, as well as for use in the manufacture of a wide range of heat exchangers, the minimum number of types and sizes of caissons with smoke tubes 7, the latter may have a number of the following designs.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 2) имеет в сечении форму параллелограмма. The caisson with smoke tubes 7 (Fig. 2) has a parallelogram shape in cross section.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 3) имеет в сечении форму трапеции. The caisson with smoke tubes 7 (Fig. 3) has a trapezoidal cross section.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 4) имеет в сечении форму прямоугольника. The caisson with smoke tubes 7 (Fig. 4) has a rectangular shape in cross section.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 5) имеет в сечении форму прямоугольника, одна из сторон которого выполнена со ступенчатым выступом. The caisson with smoke tubes 7 (Fig. 5) has a cross-section in the shape of a rectangle, one of the sides of which is made with a stepped protrusion.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 6) выполнен в виде цилиндрического или конического сегмента. The caisson with smoke tubes 7 (Fig. 6) is made in the form of a cylindrical or conical segment.

Дымогарные трубы 7 каждого кессона (фиг. 2) сообщены непосредственно с газоходом 1 и коллектором 13 для отвода газов. Smoke tubes 7 of each caisson (Fig. 2) are communicated directly with the gas duct 1 and the collector 13 for exhaust gases.

Дымогарные трубы 7 кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов (фиг. 3) сообщены с газоходом 1 и коллектором 13 для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов. Такое выполнение кессонов с дымогарными трубами 7 позволяет получить большое многообразие а способах соединения их друг с другом, например параллельно по нагреваемой воде и последовательно по греющим газам, что позволяет получить широкий диапазон теплопроизводительности без существенного увеличения многообразия примененных кессонов. Smoke tubes 7 caissons, forming several groups of at least two caissons (Fig. 3) are connected with the duct 1 and the collector 13 for exhaust gases separately for each group of caissons. This embodiment of the caissons with smoke tubes 7 allows you to get a wide variety of ways to connect them to each other, for example, in parallel with heated water and sequentially with heating gases, which allows you to get a wide range of heat production without a significant increase in the variety of caissons used.

Количество дымогарных труб 7 в одном ряду и количество рядов в кессоне определяется тепловым и аэродинамическим расчетами, а сами дымогарные трубы 7 могут размещаться как на всей протяженности кессона, так и смещены и обоим или одному из концов кессона для обеспечения, например свободного размещения в пределах кеeccoнa лаза или отверстия для подвода газов или установки горелки. The number of smoke tubes 7 in one row and the number of rows in the caisson is determined by thermal and aerodynamic calculations, and the smoke tubes 7 can be placed both over the entire length of the caisson and can be offset to either one or one of the ends of the caisson to ensure, for example, free placement within the caisson a manhole or holes for supplying gases or installing a burner.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Через отверстие 10 в фронтовом кессоне 2 греющие газы поступают в газоход 1, и взаимодействуя со стенками кессонов 2, 3, 4, 5 и 6, частично охлаждаются я затем поступают в дымогарные трубы 7 фронтового 2, боковых 3 и заднего 4 кессонов, где дополнительно охлаждаются за счет конвективного теплообмена с нагреваемой водой через стенки дымогарным труб 7. Охлажденные газы из дымогарных труб 7 кессонов 2, 3 и 4 поступают в коллекторы 13 для отвода газов, расположенные снаружи газохода 1. Отобранное от греющих газов тепло передается нагреваемой воде, которая подается по подводящему патрубку 11 в подовый кессон 5, откуда она через фронтовой 2, боковые 3 и задний 4 кессоны поступает в потолочный кессон 6 и отводятся из последнего через отводящий патрубок 12. Through the hole 10 in the front caisson 2, the heating gases enter the gas duct 1, and interacting with the walls of the caissons 2, 3, 4, 5 and 6, they are partially cooled and then they enter the smoke tubes 7 of the front 2, side 3 and rear 4 caissons, where additionally they are cooled by convective heat exchange with heated water through the walls of the smoke pipe 7. Cooled gases from the smoke pipes 7 of the caissons 2, 3 and 4 enter the collectors 13 for exhaust gases located outside the duct 1. The heat removed from the heating gases is transferred to the heated water, which is given along the inlet pipe 11 into the hearth box 5, from where it passes through the front 2, side 3 and rear 4 coffers into the ceiling box 6 and is withdrawn from the latter through the outlet pipe 12.

При параллельном соединении кессонов 2, 3 и 4 (фиг. 2), греющие газы подводятся из газохода 1 к дымогарным трубам 7 и отводятся из них в коллекторы 13 отдельно для каждого кессона
При последовательном соединении кессонов 2, 3 и 4 (фиг. 3) греющие газы подводятся из газохода 1 к дымогарным трубам 7 и отводятся в коллектор 13 отдельно для каждой группы кессонов. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4With the parallel connection of the caissons 2, 3 and 4 (Fig. 2), heating gases are supplied from the gas duct 1 to the smoke tubes 7 and removed from them to the collectors 13 separately for each caisson
When the caissons 2, 3 and 4 are connected in series (FIG. 3), heating gases are supplied from the gas duct 1 to the smoke tubes 7 and discharged to the collector 13 separately for each group of caissons. YYY2 YYY4

Claims (8)

1. Теплообменник, содержащий газоход, стенки которого образованы кессонами, включенными в контур циркуляции, отличающийся тем, что по меньшей мере часть кессонов, образующих ограждающие стенки газохода, выполнены с дымогарными трубами, установленными внутри упомянутых кессонов, и закреплены концами в отверстиях торцевых стенок при этом упомянутые дымогарные трубы сообщены одной стороной с газоходом, а другой стороной с коллекторами для отвода газов. 1. A heat exchanger containing a gas duct, the walls of which are formed by caissons included in the circulation circuit, characterized in that at least a part of the caissons forming the enclosing walls of the gas duct are made with smoke tubes installed inside the said caissons and are fixed with ends in the openings of the end walls at this mentioned smoke tubes communicated on one side with the flue, and the other side with manifolds for exhaust gases. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что дымогарные трубы каждого кессона сообщены непосредственно с газоходом и коллектором для отвода газов. 2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the smoke tubes of each caisson communicate directly with the duct and the manifold for exhaust gases. 3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что дымогарные трубы кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов, сообщены с газоходом и коллектором для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов. 3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the smoke tubes of the caissons forming several groups of at least two caissons are in communication with the gas duct and a manifold for venting gases separately for each group of caissons. 4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами имеют в сечении форму параллелограмма. 4. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the caissons with smoke tubes have a parallelogram shape in cross section. 5. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами имеют в сечении форму трапеции. 5. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the caissons with smoke tubes are in the shape of a trapezoid in cross section. 6. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами имеют в сечении форму прямоугольника. 6. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the caissons with smoke tubes have a rectangular shape in cross section. 7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что одна из сторон кессона, образованная торцевой стенкой, выполнена со ступенчатым выступом. 7. The heat exchanger according to claim 6, characterized in that one of the sides of the caisson formed by the end wall is made with a stepped protrusion. 8. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами выполнены в виде цилиндрического или конического сегмента. 8. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the caissons with smoke tubes are made in the form of a cylindrical or conical segment.

Images