Газовый теплоэнергетический комплекс, теплообменник газового теплоэнергетического комплекса и способ подачи горячего воздуха для приточной вентиляции помещений, реализуемый с их помощью
GAS HEAT-AND-POWER COMPLEX, HEAT EXCHANGER OF GAS HEAT-AND-POWER COMPLEX AND METHOD OF HOT AIR SUPPLY FOR PLENUM VENTILATION OF ROOMS, IMPLEMENTED WITH THEIR HELP

Уровень техники
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к системам теплоснабжения различных объектов как наземного, так и подземного назначения, и предназначено для получения тепловой энергии (горячего воздуха) и подачи ее на объект.
Известно техническое решение, раскрытое в патенте на изобретение RU 2599764 C2 (МПК F24H 3/00; опубликовано 10.10.2016) «Газовая воздухонагревательная установка», которая представляет собой воздухонагревательный модуль с системой автоматизированного управления и контроля технологическим оборудованием, предназначенный для теплоснабжения различных объектов. Известное техническое решение содержит помещение контейнерного типа, в котором расположен воздухонагревательный модуль, состоящий из камеры сгорания, вентиляторной горелки и теплообменника, воздухозаборное устройство и свечу для отвода продуктов сгорания.
С помощью известного устройства реализуют способ подачи горячего воздуха для приточной вентиляции помещений или в присадку к вентиляционному воздуху шахты.
Вентиляторной горелкой осуществляют нагрев стенок камеры сгорания. Продукты сгорания топлива, благодаря давлению, создаваемому вентилятором горелки, проходят через боров и трубки теплообменника, нагревают их и выбрасываются через патрубок в свечу. Атмосферный воздух вентилятором вначале подается в свободное пространство между конвективными поверхностями нагрева теплообменника в выходной части теплообменника, затем проходит по всему объему теплообменника. Подогретый таким образом атмосферный воздух поступает в конвективную рубашку камеры сгорания, нагревается до заданной температуры и подается в присадку к приточной вентиляции.
Недостатком известного технического решения в отношении устройства и способа является отсутствие дымососа для создания разрежения в камере сгорания и внутри конвективных поверхностей нагрева теплообменника, что не обеспечивает безопасность установки. Риск связан со смешением дымовых газов с горячим воздухом, который подается на обогрев помещений или на вентиляцию в шахту, при повреждении конвективных поверхностей теплообменника.
Известно техническое решение, раскрытое в патенте на изобретение RU 2520274 C1 (МПК F23L 15/04; опубликовано 20.06.2014) «Воздухонагреватель рекуперативный револьверного типа», которой представляет собой устройство для обогрева и вентиляции воздуха и применяется для обогрева и вентиляции производственных и бытовых помещений, а также в качестве передвижных установок. Известное устройство содержит корпус цилиндрической формы с патрубком для входа и выхода воздуха, камеру сгорания, теплообменник, содержащий конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде труб, установленных в коллекторах и расположенных параллельно поверхности цилиндрической камеры сгорания, и дымовую трубу. Внутри конвективных поверхностей нагрева теплообменника установлены турбулизаторы, выполненные в виде изогнутых лент.
Недостатком известного устройства и способа, реализуемого с его помощью, является тот факт, что при сжигании топлива дымовые газы, достигая торцевой стенки камеры сгорания, направляют в обратную сторону для продвижения к входному коллектору, который соединен с камерой сгорания посредством решетки, через конвективные поверхности нагрева, выходной коллектор поступают в дымовую трубу. При этом в камере сгорания создается не разрежение, являющееся необходимым условием процесса горения топлива, а избыточное давление, так как при отсутствии дымососа самотяги дымовой трубы недостаточно. Этот недостаток снижает эффективность работы известного устройства.
Другим недостатком известного устройства является сложность организации движения воздуха в свободном пространстве между конвективными поверхностями нагрева по спирали в связи с тем, что поперечные перегородки связаны продольными перегородками, частично перекрывающие пространство для прохода нагреваемого воздуха и создающими дополнительное гидравлическое сопротивление. Этот недостаток снижает эффективность работы известного устройства и повышает эксплуатационные затраты.
В качестве прототипа в отношении устройства и способа выбрано известное техническое решение, раскрытое в патенте на полезную модель RU 159497 U1 (МПК F24H 3/00; опубликовано 10.02.2016) «Воздухонагреватель газовый». Известное техническое решение содержит цилиндрический корпус и цилиндрическую камеру сгорания, установленные концентрично, конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде труб, установленных равномерно вокруг камеры сгорания параллельно ее оси. На выходе из камеры сгорания установлена задняя крышка сферической формы с осевым коническим рассекателем, образующая камеру разворота дымовых газов. Свободное пространство между конвективными поверхностями нагрева содержит спиральный канал. Также известное устройство содержит газовую горелку, раздающий канал и канал подвода дымовых газов и воздуха, а также сборный коллектор на выходе дымовых газов.
С помощью известного устройства реализуют способ нагрева воздуха, подаваемого для отопления помещений широкого спектра назначений.
Газообразное топливо сжигают в камере сгорания, в результате его происходит нагрев цилиндрического корпуса камеры сгорания, после чего образующиеся в процессе сгорания газообразного топлива дымовые газы поступают в камеру разворота дымовых газов, и с помощью рассекателя распределяются по трубам конвективной поверхности нагрева. Одновременно с этим, к внешней поверхности цилиндрического корпуса камеры сгорания тангенциально подают атмосферный воздух и направляют его в спиральный канал свободного пространства между конвективными поверхностями нагрева теплообменника, что обеспечивает нагрев атмосферного воздуха, как от конвективных поверхностей нагрева, так и от внешней стенки цилиндрического корпуса камеры сгорания. Таким образом, за счет тангенциального ввода воздух закручивается и, при попадании закрученного потока воздуха в спиральный канал, расположенный в свободном пространстве между конвективными поверхностями нагрева, происходит образование коаксиального вихря, необходимого для эффективного перемешивания слоев нагреваемого воздуха. После этого нагретый воздух подают на объект, а отработанные дымовые газы - через сборный коллектор в патрубок отвода дымовых газов.
К недостаткам данного газового воздухонагревателя можно отнести то, что для увеличения пути движения нагреваемого воздуха в свободном пространстве между конвективными поверхностями нагрева в качестве перегородки применяют витую перегородку, образующую спиральный канал для потока воздуха, что значительно затрудняет изготовление и сборку теплообменника. Кроме того, в данном газовом воздухонагревателе не предусмотрены компенсаторы температурных напряжений между корпусом топочной камеры и конвективными поверхностями нагрева теплообменника, что приводит к разрушению сварных швов в трубной доске или в обечайке. Также следует отметить, что газовый воздухонагреватель такой конструкции мощностью более 7 МВт имеет большие габаритные размеры, что требует принятия дополнительных мер при транспортировке.
Известно техническое решение, раскрытое в патенте на изобретение RU 2599764 C2 (МПК F24H 3/00; опубликовано 10.10.2016) «Газовая воздухонагревательная установка», которое представляет собой воздухонагревательную установку, предназначенную для теплоснабжения различных объектов. Известное техническое решение содержит теплообменник воздухонагревательной установки. Данный теплообменник, в свою очередь содержит корпус, расположенные внутри корпуса конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде трубчатых теплообменников.
Недостатком теплообменника известного устройства является отсутствие поперечных перегородок, а следовательно, в известном устройстве отсутствует возможность реализации смешанного механизма обтекания конвективных поверхностей нагрева нагреваемым воздухом, подаваемым в свободное пространство между конвективными поверхностями нагрева. Это приводит к низкой эффективности работы известной газовой воздухонагревательной установки.
Известно техническое решение, раскрытое в патенте на изобретение RU 2520274 C1 (МПК F23L 15/04; опубликовано 20.06.2014) «Воздухонагреватель рекуперативный револьверного типа», который представляет собой устройство для обогрева и вентиляции воздуха, и применяется для обогрева различных объектов. Известное устройство содержит теплообменник, содержащий конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде труб, установленных в коллекторах и расположенных параллельно поверхности цилиндрической камеры сгорания и спиральный канал в свободном пространстве между конвективными поверхностями нагрева.
Недостатком известного теплообменника воздухонагревателя рекуперативного револьверного типа является то, что организация движения воздуха в свободном пространстве по спирали усложнена наличием чередующихся поперечных и продольных перегородок и поперечные перегородки расположены вдоль одной из сторон корпуса теплообменника, примыкающей к камере сгорания. Это существенно снижает эффективность теплопередачи в теплообменнике.
В качестве прототипа в отношении конструкции теплообменника газового теплоэнергетического комплекса выбрано известное техническое решение, раскрытое в патенте на полезную модель RU 159497 U1 (МПК F24H 3/00; опубликовано 10.02.2016) «Воздухонагреватель газовый». Известное техническое решение содержит теплообменник газового воздухонагревателя. Данный теплообменник содержит конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде труб, расположенные равномерно в пространстве между концентрически расположенными стенками параллельно оси цилиндрического корпуса и камеры сгорания. Также известное устройство содержит спиральный канал в свободном пространстве между конвективными поверхностями нагрева теплообменника.
К недостаткам данного теплообменника газового воздухонагревателя можно отнести то, что для увеличения пути движения нагреваемого воздуха в свободном пространстве между конвективными поверхностями нагрева в качестве перегородки применяют витую трубную доску, образующую спиральный канал для потока воздуха, так как изготовление и сборка теплообменника такой конструкции очень трудоемкое.
Задачей заявляемого изобретения является создание высокоэффективного устройства и способа, обеспечивающих подачу подогретого атмосферного воздуха в приточную вентиляцию.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности и безопасности работы газового теплоэнергетического комплекса за счет упрощения конструкции теплообменника, конвективных поверхностей нагрева теплообменника, повышения коэффициента теплопередачи, компенсации температурных напряжений и повышения тепловой мощности установки при сохранении габаритных размеров и веса.
Термины и определения.
Компенсатор температурных напряжений – устройство, позволяющее воспринимать и компенсировать температурные деформации, вибрации, смещения.
Пучок – группа из нескольких рядов трубчатых объектов.
Коридорный пучок – группа трубчатых объектов, где оси симметрии трубчатых объектов расположены по периметру прямоугольника.
Шахматный пучок – группа трубчатых объектов, где оси симметрии трубчатых объектов расположены по периметру правильного шестиугольника.
Используемая здесь терминология не предназначена для ограничения вариантов реализации изобретения, а только служит цели описания конкретного варианта реализации. Использование формы единственного числа также подразумевает и выполнение в формулировке множественного числа, если не противоречит контексту.
Краткое описание изобретения.
Заявленный технический результат достигается следующим. Предложен газовый теплоэнергетический комплекс, включающий камеру сгорания, горелку, по крайней мере, два теплообменника, с конвективными поверхностями нагрева, расположенными параллельно камере сгорания, рассекатель, установленный в камере разворота дымовых газов, дутьевой вентилятор, дымосос, воздухоподогреватель, устройство для регулирования подачи присадочного воздуха, газоходы и воздуховоды. При этом форма сечения входного и выходного воздушных каналов выполнена прямоугольной. Для слияния потоков дымовых газов перед подачей в воздухоподогреватель установлен тройник.
В заявляемом изобретении свободное от дымовых газов пространство между конвективными поверхностями теплообменников может быть снабжено перегородками, а конвективные поверхности нагрева могут быть выполнены в виде трубчатых теплообменников. При этом пучки конвективных поверхностей нагрева в теплообменниках могут быть расположены в коридорном или шахматном порядке.
Конструктивно перегородки могут быть расположены в теплообменнике с образованием зазора со стенкой корпуса теплообменника, а сами перегородки могут быть выполнены из пластин.
Заявляемое изобретение может содержать воздухоподогреватель предварительного подогрева атмосферного воздуха, а в качестве устройства регулирования подачи присадочного воздуха может быть использован вентилятор или шибер.
В свою очередь, камера сгорания заявляемого изобретения может быть установлена горизонтально и иметь в горизонтальном поперечном сечении прямоугольную форму. Кроме того, камера сгорания может быть выполнена цилиндрической формы.
Воздухоподогреватель, в свою очередь, может быть выполнен кожухотрубного типа.
В рамках реализации заявляемого изобретения, по крайней мере, одна из стенок каждой конвективной поверхности нагрева теплообменника может являться стенкой камеры сгорания. В свою очередь, рассекатель в камере разворота дымовых газов, движущихся из камеры сгорания в конвективные поверхности нагрева теплообменника, может быть выполнен в виде трехгранной призмы.
Предложен теплообменник газового теплоэнергетического комплекса, состоящий из корпуса, конвективных поверхностей нагрева и перегородок, при этом конвективные поверхности нагрева расположены в пучке параллельно камере сгорания, а перегородки расположены в теплообменнике с образованием зазора со стенкой корпуса теплообменника. В свою очередь, перекрывание сечения свободного от дымовых газов пространства между конвективными поверхностями нагрева теплообменника перегородкой может составлять от 50% до 70% площади поперечного сечения свободного от дымовых газов пространства между конвективными поверхностями нагрева теплообменника. В рамках реализации заявляемого изобретения конвективные поверхности нагрева могут быть расположены в коридорном или шахматном пучке.
Конструктивно входной канал и выходной канал воздуха могут охватывать корпус теплообменника и могут обеспечивать вход и выход воздуха по свободному от дымовых газов пространству между конвективными поверхностями нагрева по трем сторонам стенок корпуса теплообменника, а также могут выполнять функцию компенсаторов температурных напряжений.
Предложен способ подачи горячего воздуха для приточной вентиляции помещений, в котором газо-воздушную смесь из газовой горелки сжигают в камере сгорания, при этом, образовавшиеся дымовые газы подают в камеру разворота дымовых газов для входа внутрь конвективных поверхностей нагрева теплообменника с помощью рассекателя. Перед поступлением дымовых газов в конвективные поверхности нагрева теплообменника дымовые газы дополнительно охлаждают до заданной температуры подачей присадочного воздуха регулируемым устройством подачи воздуха, дымовые газы передают теплоту воздуху конвекцией от конвективных поверхностей нагрева теплообменника и излучением от стенок корпуса теплообменников. После этого дымососом выводят дымовые газы через газоход в дымовую трубу, а нагретый воздух подают в качестве присадки в воздух, подаваемый в главный ствол шахты.
При этом обтекание конвективных поверхностей нагрева в теплообменниках, снабженных перегородками, в рамках заявляемого способа могут осуществлять в смешанном режиме.
Конструктивное выполнение газового комплекса с использованием о крайней мере двух теплообменников, содержащих конвективные поверхности нагрева, прямоугольная форма сечения входного и выходного воздушных каналов, позволяет производить компоновку газового теплоэнергетического комплекса с большой тепловой мощностью, не выходя за размеры транспортных габаритов и веса. Установка в свободном от дымовых газов пространстве между конвективными поверхностями нагрева воздуха перегородок для поперечно-продольного обтекания пучка конвективных поверхностей нагрева теплообменника приводит к повышению коэффициента теплоотдачи и теплопередачи при конвективном теплообмене. Упрощено изготовление и сборка пучка конвективных поверхностей нагрева теплообменника по сравнению со спиральной перегородкой, вход и выход воздуха осуществляется через сборные коллектора, которые одновременно компенсируют температурные напряжения, возникающие между корпусом теплообменника и пучком конвективных поверхностей нагрева теплообменника.
Описание чертежей.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображена принципиальная схема газового теплоэнергетического комплекса, на Фиг. 2 – поперечный разрез камеры сгорания 1 и теплообменников 19 по линии А–А, а на Фиг. 3 – продольный разрез теплообменника 19 по линии Б–Б.
Особенности изобретения раскрыты в следующем описании и прилагаемых изображениях, поясняющих изобретение. В рамках данного изобретения могут быть разработаны альтернативные варианты его реализации. Кроме того, хорошо известные элементы изобретения не будут описаны подробно или будут опущены, чтобы не перегружать подробностями описание настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения в части устройства.
Газовый теплоэнергетический комплекс содержит камеру сгорания 1 прямоугольного сечения. В качестве материала, из которого изготавливают стенки камеры сгорания 1, может быть использована листовая жаропрочная сталь или любой другой жаростойкий материал с высокой теплопроводностью. Кроме того, в качестве материала для выполнения стенок камеры сгорания 1 может быть использована углеродистая сталь. В случае использования такой стали в качестве материала для выполнения стенок камеры сгорания 1 камеру сгорания 1 дополнительно снабжают футеровочным слоем (не показан). При этом в качестве материала для выполнения футеровочного слоя (не показан) может быть использован огнеупорный кирпич, шамотный кирпич, высокоглинозёмистый кирпич, углеродистые блоки, карбидокремниевый кирпич или любой другой теплоизоляционный материал, подходящий для футеровки стенок камеры сгорания 1. Снабжение стенок камеры сгорания 1 футеровочным слоем (не показан), в случае выполнения стенок камеры сгорания 1 из углеродистой стали необходимо для защиты стенок камеры сгорания 1 от деградации под действием высоких температур, характерных для образующихся при горении дымовых газов (900°С - 1100°С в случае, если камера сгорания 1 выполнена экранированной или 1600°С - 1750°С - в случае отсутствия в конструкции камеры сгорания 1 радиационных поверхностей). Наличие футеровочного слоя (не показан) в этом случае обеспечивает безопасность заявляемого изобретения. Одной из форм выполнения камеры сгорания 1 является камера сгорания 1 с прямоугольным сечением обеспечивает с одной стороны простоту конструкции камеры сгорания 1, а с другой стороны - высокую эффективность теплопередачи через стенку камеры сгорания 1 за счет увеличения площади теплопередающей поверхности, через которую тепло передается воздуху, в дополнение к конвективной поверхности нагрева 2 теплообменника 19, поступающему в свободное от дымовых газов пространство 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 со стороны фронтальной стенки (не показана) камеры сгорания 1. Прямоугольное сечение камеры сгорания 1 обеспечивает увеличение поверхности теплообмена за счет верхних участков стенок камеры сгорания 1, соприкасающихся с движущимся воздухом во входном раздающем канале 7 и выходном собирающем канале 8. По боковым сторонам камеры сгорания 1 расположены, по крайней мере, два теплообменника 19, в корпусах которых размещены конвективные поверхности нагрева 2, сгруппированные в пучки.
Конструктивно каждая конвективная поверхность нагрева 2 теплообменника 19 имеет прямоугольное сечение и содержит четыре боковые стенки. Важной особенностью конструкции конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19 является тот факт, что одна из боковых стенок каждого теплообменника 19 является стенкой камеры сгорания 1 и представляет собой радиационную поверхность нагрева воздуха. Прямоугольное сечение конвективной поверхности нагрева 2 теплообменника 19 значительно упрощает конструкцию конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19. Кроме того, тот факт, что одна из стенок каждого конвективной поверхности нагрева 2 теплообменника 19 также является стенкой камеры сгорания 1 и представляет собой радиационную поверхность нагрева, позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи за счет конвекции и теплового излучения, и ¸кроме того, позволяет повысить удельную тепловую мощность установки. Таким образом, конвективные поверхности нагрева 2 воздуха могут быть выполнены в виде трубчатых теплообменников, или любой другой подобной конструкции прямоугольного сечения.
В конструкции заявляемого изобретения внутри корпуса теплообменника 19 расположены конвективные поверхности нагрева 2, которые могут быть сформированы в пучки. В случае выполнения конструкции заявляемого изобретения, в которой конвективные поверхности нагрева 2 сформированы в пучки, такая конструкция устройства обеспечивает дополнительное повышение коэффициента теплопередачи между дымовыми газами, проходящими внутри конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, и нагреваемым воздухом, проходящим в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19. Пучки конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19 расположены параллельно корпусу камеры сгорания 1 в корпусе (не показан) теплообменника 19 и закреплены в решетках 21, которые располагаются на стороне камеры разворота 5 дымовых газов и на стороне вытяжного коллекторного тройника 9. При этом конвективные поверхности нагрева 2 теплообменника 19 могут быть расположены в решетках 21 в коридорном порядке. Данный вариант расположения представлен на Фиг. 2. Кроме того, конвективные поверхности нагрева 2 теплообменника 19 могут быть расположены в решетке 21 теплообменника 19 в шахматном порядке. Оба варианта расположения конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19 в решетках 21 теплообменника 19 обеспечивают высокий коэффициент теплопередачи между дымовыми газами, проходящими внутри конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, и нагреваемым воздухом, проходящим в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 и повышает тепловую мощность заявляемого устройства.
Таким образом, свободное от дымовых газов пространство 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 представляет собой объем, ограниченный с внешней стороны корпусом (не показан) теплообменника 19, а внутри – внешней поверхностью (не показана) конвективных поверхностей нагрева 2, расположенных внутри корпуса (не показан) теплообменника 19. Свободное от дымовых газов пространство 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 предназначено для перемещения в нем нагреваемого воздуха за счет теплопередачи между дымовыми газами, проходящими внутри конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, и нагреваемым воздухом, проходящим в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2.
Для увеличения эффективности теплообмена в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменников 19 дополнительно могут быть установлены перегородки 3, как показано на Фиг. 3. Конструктивно перегородки 3 представляют собой плоские пластины, с отверстиями (не показаны) для расположения в них конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19. Перегородки 3 расположены в шахматном порядке, как показано на Фиг. 3. Каждая перегородка 3 расположена таким образом, чтобы между краем перегородки 3 и противоположной стенкой корпуса (не показан) теплообменника 19 оставался зазор (не показан), размер которого является достаточным для прохода нагреваемого воздуха. В общем случае, перегородки 3 устанавливают с перекрыванием поперечного сечения свободного от дымовых газов пространства 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 более 50% площади поперечного сечения свободного от дымовых газов пространства 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19. Такое перекрывание (более 50% площади поперечного сечения) обеспечивает перенаправление потока воздуха с продольного на поперечное движение. В свою очередь, максимальное перекрытие сечения свободного от дымовых газов пространства 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 перегородками 3 не превышает 70% площади поперечного сечения свободного от дымовых газов пространства 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 и является максимально допустимым для эффективного прохождения воздуха внутри корпуса (не показан) теплообменника 19. Таким образом, выполнение перегородок 3 описанной конструкции с одной стороны обеспечивает перенаправление потока воздуха в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 с продольного на поперечное, и, как следствие, увеличение коэффициента теплопередачи в процессе работы конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19. С другой стороны такое расположение перегородок 3 обеспечивает необходимую скорость прохождения нагреваемого воздуха в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19. Предпочтительным вариантом выполнения конструкции заявляемого изобретения в части теплообменника 19 является перекрытие поперечного сечения корпуса (не показан) теплообменника 19 и свободного от дымовых газов пространства 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19, соответственно, в диапазоне от 55% до 60% площади поперечного сечения свободного от дымовых газов пространства 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19. Таким образом, функцией перегородок 3 является обеспечение смешанного типа обтекания конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19 нагреваемым воздухом. Смешанный тип обтекания предполагает одновременное движение воздуха вдоль конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, а также в поперечном направлении по отношению к оси симметрии конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, расположенных параллельно камере сгорания 1, что приводит к повышению теплоотдачи в процессе взаимодействия воздуха с конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19. Направление движения воздуха в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменника 19 показано дугообразными стрелками на Фиг. 3.
Также возможным подходом в реализации заявляемого изобретения может быть выполнение камеры сгорания 1 и конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19 цилиндрического сечения. В этом случае, корпус (не показан) теплообменника 19 также может быть цилиндрическим, а пучок конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19 располагается в кольцевом сечении двух цилиндрических обечаек (не показаны), расположенных концентрически.
На фронтальной стенке камеры сгорания 1 расположена газовая горелка 4, как показано на Фиг. 1 и Фиг. 3. На противоположной стороне находится камера разворота 5 дымовых газов, соединяющая камеру сгорания 1 с решеткой 21 теплообменника 19, в которой размещены конвективные поверхности нагрева 2 теплообменника 19 и служащий служащая задней стенкой камеры сгорания 1. В рамках реализации заявляемого изобретения камера разворота 5 дымовых газов может быть выполнена любой известной конструкции. В качестве примера, камера разворота 5 дымовых газов может быть выполнена в виде эллиптического днища. В средней части задней стенки камеры сгорания 1 расположен рассекатель 6. В рамках реализации заявляемого изобретения рассекатель 6 может быть выполнен любой известной конструкции. В качестве примера, рассекатель 6 может быть выполнен конической формы или в виде прямой треугольной призмы. В верхней части камеры сгорания 1 и конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19 со стороны фронтальной стенки находится входной раздающий канал 7 для ввода холодного атмосферного воздуха в свободное от дымовых газов пространство 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменников 19. На противоположной стороне камеры сгорания 1 и теплообменников 19 имеется выходной собирающий канал 8 для вывода горячего воздуха и подачи его на объект. Входной раздающий канал 7 и выходной собирающий канал 8 выполнены в виде сборных коллекторов, охватывающих крайние части боковых стенок конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19 и корпуса (не показан) теплообменника 19 с трех сторон, как показано на Фиг. 2, и имеют прямоугольное поперечное сечение. Входной раздающий канал 7 для ввода холодного атмосферного воздуха и выходной собирающий канал 8 для вывода горячего воздуха служат не только для прохода нагреваемого атмосферного воздуха, но и выполняют функцию компенсатора температурных напряжений, возникающих между корпусом (не показан) теплообменника 19 и пучком конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19. Принцип действия компенсатора температурных напряжений заключается в восприятии теплового расширения материала, из которого выполнен корпус (не показан) теплообменника 19 и пучка конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19. При этом происходит изменение линейных размеров входного раздающего канала 7 и выходного собирающего канала 8, выполняющих функции компенсаторов температурных напряжений, при сохранении общих габаритов заявляемого устройства. В рамках реализации заявляемого изобретения входной раздающий канал 7 и выходной собирающий канал 8 могут быть выполнены в виде компенсатора температурных напряжений любой известной конструкции. В качестве примера, входной.
С фронтальной стороны решеток 21 теплообменников 19, в месте расположения газовой горелки 4, расположен коллекторный тройник 9 для слияния потоков отработанных дымовых газов в единый газоход 10 для подачи его в трубки воздухоподогревателя 11 предварительного нагрева холодного воздуха и, далее, через дымосос 12 в дымовую трубу 13. Воздухоподогреватель 11 предварительного нагрева холодного воздуха служит для предварительного нагрева части холодного атмосферного воздуха, нагнетаемого дутьевым вентилятором 14, перед подачей его через входной раздающий канал 7 в свободное от дымовых газов пространство 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменников 19. В рамках реализации заявляемого изобретения воздухоподогреватель 11 может быть выполнен, в качестве примера, кожухотрубного типа. К камере разворота 5 дымовых газов подведен тройник 15 подачи холодного присадочного воздуха от вентилятора 16 для снижения температуры дымовых газов. В качестве тройника 15 подачи холодного присадочного воздуха используют тройник симметричной конструкции, что необходимо для равномерной подачи присадочного холодного воздуха в каждый из потоков дымовых газов в камере разворота 5 дымовых газов, направляемых рассекателем 6, расположенным в средней части задней стенки камеры сгорания 1.
Описанные в тексте данной заявки варианты реализации устройства не являются единственно возможными и приведены с целью наиболее наглядного раскрытия сути изобретения.
Подробное описание изобретения в части способа.
Способ подачи горячего воздуха для приточной вентиляции помещений заключается в следующем:
Сжигание газо-воздушной смеси, поступающей из газовой горелки 4, проводят в камере сгорания 1, при этом длина факела должна быть меньше глубины камеры сгорания 1. Продукты сгорания топлива (топочные и дымовые газы) имеют высокую температуру (900°С - 1100°С в случае, если камера сгорания 1 выполнена экранированной или 1600°С -1750°С - в случае отсутствия в конструкции камеры сгорания 1 радиационных поверхностей), которая зависит от теплоты сгорания топлива, коэффициента избытка воздуха и качества смешения топлива с воздухом. В ядре факела температура может достигать 1800°С. В качестве топлива для газо-воздушной смеси может быть использовано любое газообразное топливо. В качестве примера такого топлива может быть использован метан, пропан, пропан-бутановая смесь, ацетилен, водород, природный газ или любое другое известное газообразное топливо. Дымовые газы, выходящие из камеры сгорания 1, имеют максимальную температуру, но пройдя конвективные поверхности нагрева 2 теплообменника 19, охлаждаются, передавая тепло атмосферному воздуху.
Для понижения температуры дымовых газов до 500°C дутьевым вентилятором 16 через тройник 15 подачи холодного присадочного воздуха подается холодный воздух в качестве присадки в необходимом количестве. Так как в камере сгорания 1 создано разрежение работой дымососа 12, то вместо дутьевого вентилятора 16 можно установить шибер, регулировка открытия которого позволит понизить температуру дымовых газов до требуемой величины.
Камера разворота 5 дымовых газов предназначена для изменения направления потока на 180° для входа их внутрь конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19. Для исключения импактного потока дымовых газов в камере разворота 5 дымовых газов задняя стенка (не показана) камеры сгорания 1, расположен рассекатель 6, способствующий изменению направления дымовых газов на поворот с небольшим гидравлическим сопротивлением.
Боковые стенки камеры сгорания 1, являющиеся одновременно и стенками конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19, представляют собой радиационные поверхности нагрева, омываемые снаружи потоком воздуха, который нагревается пропорционально той части количества теплоты, которая была передана камерой сгорания 1 через стенку.
После прохождения по конвективным поверхностям нагрева 2 теплообменников 19 и через коллекторный тройник 9, дымовые газы собирают в единый газоход 10 и направляют в воздухоподогреватель 11 предварительного нагрева холодного воздуха. Передав теплоту воздуху, дымовые газы с помощью дымососа 12 направляют через газоход 17 в дымовую трубу 13.
Подача воздуха для нагрева осуществляется дутьевым вентилятором 14 из окружающей среды. Пройдя воздухоподогреватель 11 предварительного нагрева холодного воздуха, по воздуховодам 18 воздух входит во входной раздающий канал 7, расположенный со стороны фронтальной стенки в менее нагретой части конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19, и попадает в свободное от дымовых газов пространство 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменников 19. Предварительный нагрев воздуха и подача его в менее нагретую часть конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19 исключает образование конденсата на конвективных поверхностях нагрева 2 теплообменников 19, а входной раздающий канал 7 и выходной собирающий канал 8, охватывающие крайние боковые стенки конвективных поверхностей нагрева 2 и корпуса (не показан) теплообменника 19 с трех сторон, выполняют функцию компенсаторов температурных напряжений. Таким образом, наличие входного раздающего канала 7 и выходного собирающего канала 8, выполняющих функцию компенсаторов температурных напряжений снижает температурные напряжения, что повышает надежность и эффективность работы всей установки, а, значит, обеспечивает повышение ее тепловой мощности. Кроме того, наличие входного раздающего канала 7 и выходного собирающего канала 8, выполняющих функцию компенсаторов температурных напряжений, обеспечивает безопасность заявляемого газового теплоэнергетического комплекса. Благодаря перегородкам 3, расположенным в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменников 19, достигается смешанное обтекание пучка конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, которое предполагает одновременное движение воздуха вдоль конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, а также в поперечном направлении по отношению к оси симметрии конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменника 19, расположенных параллельно камере сгорания 1, что приводит к повышению коэффициента теплопередачи при конвективном теплообмене. Таким образом, теплообменники 19, содержащие конвективные поверхности нагрева 2, работают параллельно двухпоточным способом. Воздух при таком движении получает теплоту излучением со стороны стенки, соприкасающейся с камерой сгорания 1 и конвекцией при смешанном обтекании поверхности пучка конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19. Данное техническое решение – применение перегородок 3 с отверстиями, через которые проходят конвективные поверхности нагрева 2 теплообменника 19, значительно упрощает конструкцию и изготовление конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19.
Нагретый до заданной температуры воздушный поток выходит через выходной собирающий канал 8, который также охватывает боковые стенки конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19 и корпус (не показан) теплообменника 19 с трех сторон и выполняет функцию компенсатора температурных напряжений, и подается в качестве присадки к холодному воздуху, подогревает его и далее направляется на объект.
Описанные в тексте данной заявки варианты реализации способа не являются единственно возможными и приведены с целью наиболее наглядного раскрытия сути изобретения.
Эффективная работа газового теплоэнергетического комплекса обеспечивается повышением коэффициента теплопередачи за счет совместной передачи теплоты от стенок камеры сгорания 1 излучением и конвекцией от пучка конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19, смешанного обтекания воздухом пучка конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19, упрощением конструкции за счет установки перегородок 3 в свободном от дымовых газов пространстве 20 между конвективными поверхностями нагрева 2 теплообменников 19, компенсации температурных напряжений с помощью раздающего канала 7, собирающего канала 8 и корпуса (не показан) теплообменника 19, а также за счет предварительного подогрева холодного воздуха и подачи его в менее нагретую часть конвективных поверхностей нагрева 2 теплообменников 19, улучшая процесс теплообмена.