ДЫМОВАЯ ТРУБА

Устройство относится к области строительства и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической промышленности, теплоэнергетике в конструкциях вытяжных дымовых труб, предназначенных для выброса пыле - газообразных отходов с температурой более 150°С.
Известна дымовая труба [1], обладающая рекуперацией тепла отходящих газов, которая содержит установленный на железобетонном фундаменте ствол из двух коаксиально расположенных тонкостенных оболочек, выполненных из тепло- и коррозионностойкого материала, и снабжена, по крайней мере, одной дополнительной гофрированной оболочкой, внутренним покрытием из гибкого тепло- и коррозионностойкого
материала и торцевыми заглушками. В смежных оболочках гофры размещены ортогонально и соединены между собой в местах контактирования гофров с образованием между внутренними оболочками герметичной полости, частично заполненной теплоносителем, а между наружными - теплового экрана, перекрытого торцевыми заглушками.
К недостаткам данного устройства относится отсутствие универсальности этого технического решения, т.е. невозможность его использования в дымовых трубах традиционных конструкций, а также в трубах, находящихся в эксплуатации, конструктивно - технологическая сложность устройства и монтажа, фактическая невозможность ремонта рекуператора, высокая металлоемкость и масса, ограничивающие практическую возможность создания высотных дымовых труб.
Известна также дымовая труба [2], принятая в качестве прототипа, которая содержит несущий ствол, дымоотводящий канал и пародинамическую насадку с рекуператором тепла горячих дымовых газов, состоящего из системы сонаправленных металлических труб, расположенных с зазорами относительно друг друга по кольцевому периметру газоотводящего канала, по меньшей мере, в один цилиндрический слой и омываемых потоком отходящих дымовых газов, концы труб соединены в единую сообщающуюся систему парообразования с верхним опорным паронакопительным и нижним водонакопительным тороидальными коллекторами, нижний коллектор соединен с насосной системой, запитывающей рекуператор водой, а верхний коллектор имеет систему сонаправленных сверхзвуковых сопел, ориентированных вертикально, через которые водяной пар истекает со сверхзвуковой скоростью параллельными вертикальными струями, образующими дополнительную пародинамическую дымоотводящую секцию над несущим стволом дымовой трубы.
недостатком данного устройства является ограниченная высота пародинамической струйной дымоотводящей секции, образующейся над
несущим стволом дымовой трубы, которая определяется дальнобойностью истекающих сверхзвуковых струй водяного пара, а следовательно, давлением перегретого пара в верхнем опорном коллекторе, величина которого существенно зависит от температуры отходящих дымовых газов, от эффективности передачи тепла горячих дымовых газов в рекуператор, от внешних погодных условий. Таким образом, данное устройство при модернизации и усовершенствовании функционирующих в селитебных районах невысоких дымовых труб может оказаться недостаточно эффективным, когда в округе строятся новые многоэтажные высотные здания, а при возведении новых дымовых труб в районах высотных застроек требуется строительство достаточно высоких несущих стволов под пародинамическую струйную насадку, что связано с увеличением финансовых затрат и сроков строительства новых возводимых дымовых труб.
Предлагаемая полезная модель имеет целью существенно снизить сроки и стоимость вновь возводимых и модернизируемых дымовых труб в районах высотного домостроительства.
Указанные недостатки известного технического решения устраняются тем, что дымовая труба содержит несущий ствол, дымоотводящий канал и пародинамическую насадку с рекуператором тепла горячих дымовых газов, пародинамическая насадка выполнена многоярусной, содержащей, по крайней мере, два горообразных паронакопительных коллектора с сопловыми блоками, направленными вертикально вверх, между которыми установлены трубопроводные опорные колонны, подающие пар от нижележащего коллектора в расположенный над ним коллектор, и образующие в совокупности с обоими коллекторами жесткий и прочный строительный каркас определенной высоты. Сопловые блоки на нижележащем коллекторе могут быть смонтированы на его внутренней кольцевой образующей на радиально направленных патрубках.
Строительный каркас может быть обтянут юбкой из легкого теплостойкого коррозионностойкого материала, подол которой зафиксирован на несущем стволе дымовой трубы.
Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, состоит в следующем:
- Существенно повышается высота вертикального выброса отходящих дымовых газов, что равнозначно увеличению высоты несущего ствола дымовой трубы традиционной конструкции;
- Оснащение находящихся в эксплуатации дымовых труб подвесным автономным устройством для рекуперации тепла отходящих дымовых горячих газов позволяет резко увеличить эффективность этих труб и экологическую безопасность прилегающих селитебных территорий;
- Существенное повышение тяги дымовой трубы и рекуперация тепла дымовых газов повышает КПД дымоотводящей системы, эффективность ее функционирования, позволяет снизить проектные размеры (высоту, диаметр, толщину стенок несущего ствола и футеровки дымоотводящего канала) дымовой трубы, а следовательно, снизить материалоемкость, массу, стоимость и сроки возведения дымовых труб;
- Снижение высоты несущего ствола и диаметра дымовой трубы приводит к снижению усилий ветрового воздействия на трубы, т.к. изгибающий момент при этом существенно снижается, а прочность и надежность ее при ураганных ситуациях повышаются;
- Существенно снижаются сроки, трудоемкость и стоимость возведения высотных дымовых труб.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен разрез дымовой трубы с многоярусной пародинамической насадкой, обтянутой формообразующей юбкой, и подвесным рекуператором тепла отходящих горячих дымовых газов.
Позиции на чертеже означают:
1 - несущий ствол дымовой трубы; 2 - газоотводящий канал; 3 -водонакопительный коллектор рекуператора; 4 - паровырабатывающие трубы; 5 - нижний паронакопительный горообразный коллектор; 6 -сопловые блоки нижнего горообразного паронакопительного коллектора; 7 -сверхзвуковые пародинамические струи первого яруса насадки дымовой трубы; 8 - металлические трубопроводные колонны; 9 - верхний горообразный паронакопительный коллектор; 10 - сопловые блоки торообразного паронакопительного коллектора второго яруса насадки; 11-сверхзвуковые пародинамические струи второго яруса; 12 -формообразующая юбка.
Дымовая труба (фиг.1) включает несущий ствол 1 с термоэрозиостойким газоотводящим каналом 2 и размещенный внутри него подвесной рекуператор тепла горячих дымовых газов, который состоит из нижнего водонакопительного торообразного коллектора 3, соединенного с насосной системой, запитывающей его водой, системы паровырабатывающих металлических труб 4 и верхнего опорного паронакопительного коллектора 5, оснащенного системой сонаправленных вертикальных сверхзвуковых сопловых блоков 6, равномерно распределенных по кольцевой образующей торообразного коллектора 5. Все указанные элементы рекуператора выполнены из коррозионностойкого металла, обладающего высокой теплопроводностью.
Сопловые блоки 6 для сверхзвукового истечения перегретого водяного пара имеют профиль сопла Лаваля.
Истекающие из сопел 6 со сверхзвуковой скоростью струи перегретого водяного пара образуют устойчивую систему газодинамических факелов высотой, равной дальнобойности сверхзвуковых пародинамических струй 7.
Между сопловыми блоками 6 нижнего паронакопительного коллектора 5 установлены трубопроводные опорные колонны 8, подающие пар от нижнего коллектора в расположенный над ним верхний коллектор 9.
Горообразные коллекторы 5 и 9, соединенные системой сонаправленных трубопроводных колонн 8, образуют жесткий прочный строительный каркас высотой, равной дальнобойности сверхзвуковых пароводяных струй 7, истекающих из сопловых блоков нижнего паронакопительного коллектора и образующих полый пародинамический канал первого яруса для выброса отходящих дымовых газов.
Пар, поступающий по трубопроводным опорным колоннам 8 в верхний паронакопительный коллектор 9, истекают через систему сопловых блоков 10 и образует из сверхзвуковых вертикальных струй пара 11 газоотводящий канал дымовых газов второго яруса пародинамической насадки.
Аналогичным образом над коллектором 9 может быть смонтирован при необходимости и третий, и четвертый ярусы пародинамической насадки дымовой трубы.
Строительный каркас пародинамической насадки обтянут легкой формообразующей юбкой 12 из тепло - коррозионностойкого материала.
Принцип функционирования предлагаемого технического решения дымовой трубы следующий.
С помощью насосной системы вода нагнетается с определенной скоростью в водонакопительный коллектор 3 и частично в паровырабатывающие трубы 4, которые интенсивно омываются потоком отходящих горячих дымовых газов. Вода в трубах 4 прогревается, испаряется, а образующийся водяной пар, перегреваясь, поднимается по трубам в нижний опорный паронакопительный коллектор 5, откуда под давлением истекает через сопловые блоки 6 со сверхзвуковой скоростью, образуя устойчивую кольцевую систему вертикальных сверхзвуковых струй водяного пара 7. Образовавшийся пародинамический канал из сверхзвуковых струй пара, создает дополнительную тягу, увлекает и разгоняет поток дымовых газов, забрасывая их столбом на верхний ярус пародинамической насадки. Омывая горообразный коллектор 9 второго яруса насадки, водяной
пар и горячие дымовые газы поддерживают в нем высокую температуру и давление. Истекающие из коллектора 9 через сопловые блоки 10 сверхзвуковые струи пара 11 образуют второй ярус пародинамического канала выброса дымовых газов и создает дополнительную тягу, способствующую увеличению дальнобойности сверхзвуковых паровых струй первого яруса пародинамической насадки, а также увеличению скорости и дальнобойности выбрасываемого столба отходящих дымовых газов.
Таким образом, эффективная высота выброса дымовых газов над несущим стволом дымовой трубы увеличивается по сравнению с прототипом, по крайней мере, вдвое
Декоративная формообразующая юбка 12 нависает своим подолом на несущий ствол дымовой трубы и обтягивает ее буртовое утолщение. Юбка защищает струи водяного пара первого яруса от деформации под действием порывов ураганного ветра и придает дымовой трубе красивый внешний вид. Юбка может быть выполнена из непрерывного стеклоровинга, пропитанного кремнийорганическим связующим, либо из арамидных жгутов, пропитанных эластичным силиконом и сформированных в крупноячеистые сетки, либо из тонколистового титанового сплава, либо из тонколистовой нержавеющей стали, либо тонколистового алюминиевого сплава, либо тонколистового намоточного углепластика.
Источники информации:
1. RU пат.№2010932, Дымовая труба, Е 04 Н 12/28
2. RU пат. на полезную модель №40364, Е 04 Н 12/28 - прототип.