КОМПЛЕКСНЫЙ УТИЛИЗАТОР ТЕПЛА СБРОСНЫХ ГАЗОВ
COMPLEX WASTE HEAT RECOVERY UNIT

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для комплексной утилизации тепла сбросных газов, а именно для утилизации тепла дымовых газов котельных агрегатов, промышленных печей, вентиляционных выбросов при нагревании воздуха с одновременным получением электричества.
Известен пластинчатый воздухоподогреватель, содержащий пакет из плоских пластин, покрытых антикоррозионным покрытием, с турбулизующими выступами, образующими между собой каналы для теплообменивающихся потоков газа и воздуха [А.с. СССР №1575062, Мкл. F28D 9/02, 1990].
Основными недостатками известного пластинчатого воздухоподогревателя являются невозможность осуществления в нем утилизации тепла дымовых газов для попутной очистки их от твердых примесей (частиц пыли, золы, сажи и т.д.) и получения электроэнергии, что снижает его эффективность.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является полифункциональный воздухоподогреватель, включающий корпус, снабженный газовыми и воздушными патрубками, внутри которого помещен пакет из плоских сплошных и перфорированных пластин, размещенных поочередно, образующих между собой газовые и воздушные каналы, отверстия в перфорированных пластинах размещены попарно рядами друг против друга и снабжены шайбами, выполненными из диэлектрического материала, через которые пропущены также попарно, перпендикулярно и под углом относительно плоских пластин проволочные отрезки, выполненные из разных металлов и спаянные на копнах между собой, образуя зигзагообразные сетки (ряды), устроенные таким образом, что продольные половины каждого ряда зигзагообразной сетки находятся в газовом и воздушном каналах, образуя многорядные зигзагообразные сетки, размещенные одна над другой по ярусам, причем каждая многорядная зигзагообразная сетка соединена своими концами проволочными отрезками (соединительными проводами) с коллекторами электрических зарядов, соединенными в свою очередь с клеммами [Патент РФ №2422728, MПК F23L 15/04, 2011].
Основными недостатками известного полифункционального воздухоподогревателя являются сложная конструкция перфорированных перегородок, наличие сплошных перегородок, не являющихся источниками термоэлектричества, непосредственный контакт оголенных спаянных парных концов проволочных отрезков (термоэмиссионных преобразователей) с охлаждаемыми газами и нагреваемым воздухом, как правило, содержащими коррозионно-активные компоненты и влагу, влекущий за собой быстрый коррозионный износ этих термоэмиссионных преобразователей и возникновение короткого замыкания, что снижает его надежность и эффективность.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности комплексного утилизатора тепла сбросных газов.
Технический результат достигается комплексным утилизатором тепла сбросных газов, содержащим корпус, снабженный газовыми и воздушными патрубками, внутри которого помещен пакет, состоящий из перфорированных пластин, образующих между собой газовые и воздушные каналы, причем перфорация пластин выполнена в виде горизонтальных щелей, размещенных в шахматном порядке относительно одна другой, в которых помещены термоэлектрические звенья, состоящие из овальных вставок, выполненных из упругого диэлектрического коррозионностойкого материала, внутри которых помещены зигзагообразные ряды, состоящие из термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых представляет собой пару оголенных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, спаянных на концах между собой, причем термоэлектрические звенья установлены в горизонтальных щелях таким образом, что продольные половины каждого термоэмиссионного преобразователя зигзагообразного ряда находятся в газовом и воздушном каналах, соответственно, сами зигзагообразные ряды каждого горизонтального ряда щелей на пластинах соединены между собой последовательно соединительными проводами, образуя термоэлектрические секции, каждая из которых также соединена соединительным проводом с коллекторами электрических зарядов, соединенными, в свою очередь, с клеммами.
На фиг.1-3 представлены общий вид и разрезы комплексного утилизатора тепла сбросных газов (КУТСГ), на фиг.4, 5 - термоэлектрическое звено и его стыковка с соединительными проводами и плоской перфорированной пластиной (перегородкой между газовым и воздушным каналом).
Предлагаемый КУТСГ содержит корпус 1, снабженный газовыми и воздушными патрубками (на фиг.1-5 не показаны), внутри которого помещен пакет, состоящий из перфорированных пластин 2, образующих между собой газовые и воздушные каналы 3 и 4, причем перфорация пластин 2 выполнена в виде горизонтальных щелей 5, размещенных в шахматном порядке относительно одна другой. В каждой горизонтальной щели 5 помещены термоэлектрические звенья (ТЭЗ) 6, состоящие из овальных вставок 7, выполненных из упругого диэлектрического коррозионностойкого материала (например, резины или пластмассы), внутри которых помещены зигзагообразные ряды 8, состоящие из термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 9, каждый из которых представляет собой пару оголенных проволочных отрезков 10 и 11, выполненных из разных металлов M1 и М2, спаянных на концах между собой, причем ТЭЗ 6 установлены в щелях 5 таким образом, что продольные половины каждого ТЭП 9 зигзагообразного ряда 8 находятся в газовом и воздушном каналах 3 и 4, соответственно, зигзагообразные ряды 8 ТЭЗ 6 каждого горизонтального ряда щелей 5 на пластинах 2 соединены между собой последовательно соединительными проводами 12, образуя термоэлектрические секции (ТЭС) 13, каждая из которых также соединена соединительным проводом 12 с коллекторами электрических зарядов 14 и 15, соединенными, в свою очередь, с клеммами 16 и 17, соответственно.
В основу работы КУТСГ положено увеличение скорости теплообмена при применении поверхностей теплообмена с искусственно созданными источниками турбулентности, что обеспечивает интенсификацию процессов теплопередачи путем турбулизации потока среды, разрушения ламинарного подслоя, увеличения поверхности нагрева и, в свою очередь, приводит к снижению размера теплообменной установки. Выполнение источников турбулентности в виде рядов ТЭЗ 6, внутри которых помещены зигзагообразные ряды 7, состоящие из ТЭП 9, изготовленных из проволочных отрезков 10 и 11, выполненных из металлов M1 и М2, спаянных на концах между собой, обеспечивает при нагреве одних спаянных концов горячими дымовыми газами и охлаждении других холодным воздухом появление в ТЭЗ 6 термоэлектричества [С.Г.Калашников. Электричество. - М.: «Наука», 1970, с.502-506).
Комплексный утилизатор тепла сбросных газов (КУТСГ), представленный на фиг.1-5, работает следующим образом. Горячие сбросные газы из входного газового патрубка поступают в газовые каналы 3, а из входного воздушного патрубка противотоком в воздушные каналы 4 КУТСГ подается холодный воздух, который при прохождении через каналы 4 в результате процесса теплообмена, заключающегося в передаче тепла теплопроводностью через смежные перфорированные пластины 2 газовых и воздушных каналов 3 и 4, соответственно, конвекции в газовой и воздушной средах, нагревается до требуемой температуры и удаляется через выходной воздушный патрубок, а горячие сбросные газы охлаждаются и также удаляются через выходной газовый патрубок (на фиг.1-5 газовые и воздушные патрубки не показаны). При этом большое количество источников турбулентности в виде рядов ТЭЗ 6, расположенных в шахматном порядке, обеспечивает турбулизацию газовых и воздушных потоков в газовых и воздушных каналах 3 и 4 и, таким образом, повышает скорость теплопередачи между дымовыми газами и воздухом. Одновременно с процессом теплопередачи КУТСГ выполняет функцию электрогенератора в результате нагрева спаенных концов проволочных отрезков 10 и 11 ТЭП 9 в зигзагообразных рядах 8 ТЭЗ 6, расположенных в газовых каналах 3, горячими дымовыми газами и охлаждения других спаянных концов ТЭП 9, расположенных в воздушных каналах 4, холодным воздухом, что обеспечивает появление в зигзагообразных рядах 8 ТЭЗ 6 каждой ТЭС 13 термоэлектричества, которое поступает в коллекторы 14 и 15, а оттуда через клеммы 16 и 17 подается потребителю. При этом проволочные отрезки 10, 11 ТЭП 9 зигзагообразных рядов 8 изолированы от непосредственного контакта с дымовыми газами и воздухом слоем диэлектрического коррозионностойкого материала овальных вставок 7, что предохраняет металлы M1 и М2 пар 10 и 11 ТЭП 9 от коррозии и появления между ними короткого замыкания. Кроме того, в конструкции КУТСГ все пластины 2, образующие перегородки между газовыми и воздушными каналами 3 и 4, снабжены источниками термоэлектричества - ТЭЗ 6, что при одной и той же величине поверхности теплообмена по сравнению с известным изобретением обеспечивает двукратное увеличение получаемого количества термоэлектричества.
Очистку поверхности ТЭЗ 6 ТЭС 13 КУТСГ от налипших частиц механических примесей проводят периодически путем их обдувания сжатым воздухом. Интервал между обдувками устанавливают на основании опытных данных.
Величина разности электрического потенциала на клеммах 16 и 17 КУТСГ зависит от характеристик пар металлов M1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 10 и 11 ТЭП 9, числа их в ТЭЗ 6 и числа ТЭС 13. Полученный электрический ток можно использовать для внутрицеховых нужд, например, для освещения.
Таким образом, предлагаемый комплексный утилизатор тепла сбросных газов позволяет проводить одновременно нагрев влажного воздуха сбросными газами, имеющими в своем составе агрессивные примеси, и значительно увеличить количество получаемого термоэлектричества, что повышает его надежность и эффективность.