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], включающая металлическую стенку и футеровочный слой, размещенный между металлическими трубами, а в качестве футеровочного слоя применена минеральная плита на основе базальтового волокна или комбинация базальтового волокна и мата иглопробивного кремнеземного. Внутренняя труба выполнена из нержавеющей стали толщиной 0,5...0,8 мм; минеральная плита имеет толщину 50...66 мм, а иглопробивной мат - 10,0...12,5 мм.
Недостатком данной конструкции является сложность устройства, высокая трудоемкость возведения, ремонта и демонтажа, большая толщина и
масса футеровочного теплоизоляционного слоя, сильное загрязнение окружающей среды токсичными выбросами, особенно селитебных территорий, что требует значительного увеличения высоты дымовых труб, специальных устройств для очистки дымовых выбросов и существенного увеличения материалоемкости, трудоемкости и стоимости возведения и эксплуатации таких дымоотводящих устройств. При этом имеет место большие нерациональные потери тепла, выбрасываемого в атмосферу.
Известна также дымовая труба [2], обладающая рекуперацией тепла отходящих газов, принятая в качестве прототипа, которая содержит установленный на железобетонном фундаменте ствол из двух коаксиально размещенных тонкостенных оболочек, выполненных из тепло- и коррозионно-стойкого 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.
Изобретение направлено на усовершенствование и модернизацию дымовых труб традиционной конструкции вновь возводимых, а также уже находящихся в эксплуатации, размещенных в черте селитебных застроек.
Указанные недостатки известного технического решения устраняются тем, что дымовая труба содержит несущий ствол, дымоотводящий канал и устройство для рекуперации тепла дымовых горячих газов, которое выполнено автономным, содержащим, по крайней мере, одну подвесную секцию, состоящую 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 со всех сторон потоком отходящих дымовых газов, концы металлических труб соединены в единую сообщающуюся систему парообразования верхним опорным паронакопительным и нижним водонакопительным тороидальными коллекторами; нижний коллектор соединен с насосной системой, запитывающей рекуператор водой, а верхний коллектор имеет систему сонаправленных сверхзвуковых сопл, равномерно расположенных по кольцевой образующей тороида и ориентированных вертикально, через которые водяной пар истекает со сверхзвуковой скоростью параллельными вертикальными струями, образуя дополнительную газодинамическую дымоотводящую секцию над несущим стволом дымовой трубы, увеличивая, таким образом, эффективную рабочую высоту выброса отходящих дымовых газов. Устройство для рекуперации тепла горячих дымовых газов может быть обтянуто снаружи теплоизоляционным чехлом, предпочтительно плетеной многослойной волокнистой структуры, полученной, например, из стекловолокна методом оплетки; парообразующая система металлических труб устройства для рекуперации тепла дымовых газов может быть выполнена из изогнутых зигзагообразно труб, ориентированных в газоотводящем канале плоскостями зигзагов предпочтительно радиально; но может быть выполнена также из труб изогнутых в винтообразные спирали; сопла для сверхзвукового истечения водяного пара предпочтительно имеют профиль сопла Лаваля.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, 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 возрастание тяги дымовой трубы и рекуперация тепла дымовых газов повышают КПД дымоотводящей системы, эффективность ее функционирования, позволяют 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, так как действующий на нее изгибающий момент при этом существенно уменьшается, а прочность и надежность ее при ураганных ситуациях повышаются.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен разрез дымовой трубы с подвесным устройством для рекуперации тепла отходящих дымовых горячих газов, на фиг.2 приведен фрагмент устройства для рекуперации тепла дымовых газов с зигзагообразными трубами парообразующей системы, а на фиг.3 - с парообразующими трубами, выполненными в виде винтообразных спиралей.
Позиции на чертеже обозначают:
1 - несущий ствол дымовой трубы; 2 - нижний водонакопительный тороидальный коллектор; 3 - парообразующая система металлических труб;
4 - верхний опорный паронакопительный коллектор; 5 - сопла для сверхзвукового истечения водяного пара; 6 - газодинамические факелы истекаемых из сопл сверхзвуковых струй водяного пара, образующие газодинамическую секцию дымовой трубы над ее несущим стволом.
Дымовая труба (фиг.1) включает несущий ствол 1 с термо-эрозионно-стойким газоотводящим каналом и размещенное внутри него подвесное устройство для рекуперации тепла горячих дымовых газов, которое состоит из нижнего водонакопительного тороидального коллектора 2, соединенного с насосной системой, запитывающей его водой, системы парообразования из металлических труб 3 и верхнего опорного паронакопительного коллектора 4, оснащенного системой сонаправленных вертикальных сверхзвуковых сопл 5, равномерно распределенных по кольцевой образующей тороидального коллектора 4. Все указанные элементы подвесного устройства (позиции 2, 3, 4 и 5) выполнены из коррозионностойкого металла, обладающего высокой теплопроводностью, в частности, из нержавеющей стали или титанового сплава и соединены между сбой в единую автономную систему сообщающихся сосудов. Для снижения тепло-эрозионной нагрузки на несущий ствол и футеровку газоотводящего канала верхних секций дымовой трубы и одновременного снижения тепловых потерь перегретого водяного пара в трубах 3 устройство рекуперации тепла может быть обтянуто теплоизоляционным стекловолокнистым многослойным чехлом, образующим теплоизоляционный экран между футеровкой газоотводящего канала дымовой трубы и системой парообразующих металлических труб рекуператора. Сопла 5 для сверхзвукового истечения перегретого водяного пара имеют профиль сопла Лаваля.
Истекающие из сопл 5 со сверхзвуковой скоростью струи перегретого водяного пара образуют устойчивую систему газодинамических факелов 6, высотой АН над несущим стволом дымовой трубы, которые формируют полый газодинамический канал с повышенной тягой, транспортирующий дымовые газы с большой скоростью на более высокий уровень относительно уровня несущего ствола дымовой трубы.
Для повышения эффективности парообразования, т.е. притока перегретого пара, повышения давления пара, скорости его истечения, а следовательно и высоты выброса отводимых дымовых газов, трубы парообразовательной
системы устройства могут быть выполнены зигзагообразными (фиг.2) или в виде винтообразных спиралей (фиг.3).
Принцип функционирования предлагаемого конструктивного решения дымовой трубы следующий. С помощью насосной системы вода нагнетается с определенной скоростью в водонакопительный коллектор 2 и частично в парообразующие трубы 3, которые интенсивно омываются снаружи потоком отходящих горячих дымовых газов. Вода в трубах 3 прогревается, испаряется, а образующийся водяной пар, перегреваясь, поднимается по трубам в верхний паронакопительный коллектор 4, откуда под давлением истекает через профилированные сопла Лаваля со сверхзвуковой скоростью, образуя устойчивую кольцевую систему вертикальных сверхзвуковых струй водяного пара 6. Образовавшийся газодинамический кольцевой канал из сверхзвуковых струй водяного пара создает дополнительную тягу, увлекает и разгоняет поток дымовых газов, забрасывая их столбом на значительную высоту над несущим стволом дымовой трубы. По мере подъема по газодинамическому каналу из водяного пара дымовые газы и струи водяного пара теряют свою скорость, турбулизируются и перемешиваются.
Гомогенизированное облако дыма и водяного пара интенсивно распыляется, уносится воздушными течениями на большие расстояния и рассеивается в атмосфере на большой высоте, вдали от селитебных территорий.
Источники информации:
1. RU, Свидетельство на полезную модель 13229 «Дымоходная труба», Е 04 Н 12/28.
2. RU, Патент 2010932, «Дымовая труба», Е 04 Н 12/28 (прототип).