RU2067721C1 - Furnace-and-heat-exchanger assembly - Google Patents
Furnace-and-heat-exchanger assembly Download PDFInfo
- Publication number
- RU2067721C1 RU2067721C1 RU93019307A RU93019307A RU2067721C1 RU 2067721 C1 RU2067721 C1 RU 2067721C1 RU 93019307 A RU93019307 A RU 93019307A RU 93019307 A RU93019307 A RU 93019307A RU 2067721 C1 RU2067721 C1 RU 2067721C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- pipes
- diameter
- heat
- pipe
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 15
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для сжигания газа в жаротрубных водогрейных котлах и теплотехнологических установках для нагрева жидкостей, имеющих топку, температура стенок которой ниже температуры кипения жидкости. The invention relates to a furnace technology and can be used for gas combustion in fire tube hot water boilers and heat engineering installations for heating liquids having a furnace, the wall temperature of which is lower than the boiling point of the liquid.
Известны топки, содержащие центральную жаровую трубу с установленной с одного торца газовой горелкой и отводом продуктом горения с другого торца через систему дымогарных труб [1]
Недостатками известных устройств являются малая эффективность использования газового топлива, наличие химической неполноты, обусловленной низкой температурой стенок жаровой трубы, наличие большого количества окислов азота в продуктах сгорания, а также низкая эффективность тепловой работы, что приводит к росту габаритов и массы теплообменника.Known furnaces containing a central flame tube with a gas burner installed from one end and exhaust product from the other end through a system of smoke tubes [1]
The disadvantages of the known devices are the low efficiency of the use of gas fuel, the presence of chemical incompleteness due to the low temperature of the walls of the flame tube, the presence of a large number of nitrogen oxides in the combustion products, as well as the low efficiency of thermal work, which leads to an increase in the dimensions and mass of the heat exchanger.
Сущность изобретения заключается в том, что в топке-теплообменнике,содержащей жаровую трубу с горелочным устройством, конвективные поверхности нагрева в виде дымогарных труб, объединенных в две ступени, длина жаровой трубы составляет 3,3-4 ее диаметра, ось горелочного устройства смещена относительно оси жаровой трубы на 1-1,5 диаметра выходного отверстия горелки, а первая и вторая ступени дымогарных трубок выполнены из труб разного диаметра первая ступень по ходу газов выполняется из труб большего диаметра, причем соотношение числа труб в первой и второй ступенях выбирается из условия равенства скоростей движения дымовых газов в первой и второй ступенях. The essence of the invention lies in the fact that in a firebox-heat exchanger containing a heat pipe with a burner device, convective heating surfaces in the form of smoke pipes combined in two steps, the length of the heat pipe is 3.3-4 times its diameter, the axis of the burner device is offset relative to the axis a flame pipe 1-1.5 times the diameter of the outlet of the burner, and the first and second stages of smoke tubes are made of pipes of different diameters; the first stage along the gases is made of pipes of larger diameter, and the ratio of the number of pipes in ervoy and second stages is selected by equating the flue gas velocities of the first and second stages.
Предлагаемое изобретение позволит повысить эффективность тепловой работы, улучшить теплообмен в жаровой трубе и дымогарных трубах, а также снизить выбросы вредных газообразных веществ в воздушный бассейн. The present invention will improve the efficiency of thermal work, improve heat transfer in the flame tube and smoke tubes, as well as reduce emissions of harmful gaseous substances into the air pool.
На чертеже изображена топка-теплообменник. Топка содержит жаровую трубу 1, первую ступень дымогарных труб 2, вторую ступень 3, которые заключены в общий корпус 4. Между дымогарными трубками и жаровой трубой находится нагреваемая жидкость в объеме 5. The drawing shows a firebox-heat exchanger. The furnace contains a fire tube 1, the first stage of the smoke tubes 2, the second stage 3, which are enclosed in a common housing 4. Between the smoke tubes and the flame tube is a heated fluid in a volume of 5.
Жаровая труба 1 заканчивается коробкой 6, а с фронта закрывается теплоизолированной крышкой 7, на которой укрепляется горелка 8 и взрывной клапан 9. Внутренняя полость крышки 7 теплоизолируется набивкой 10. Нагреваемая жидкость через патрубок 11 входит в межтрубный объем 5, а удаляется через патрубок 12. Охлажденные продукты сгорания удаляются через дымоотводящий патрубок 13 из коробка 14. Для придания жесткости коробам 6 и 14 служат упорные штыри 15 и 16. The heat pipe 1 ends with box 6, and from the front it is closed by a heat-insulated cover 7, on which the burner 8 and the explosion valve 9 are fixed. The internal cavity of the cover 7 is insulated by packing 10. The heated fluid through the pipe 11 enters the annular volume 5, and is removed through the pipe 12. Cooled combustion products are removed through the flue pipe 13 from the box 14. To impart rigidity to the boxes 6 and 14, thrust pins 15 and 16 are used.
Устройство работает следующим образом. Топка-теплообменник заполняется жидкостью через патрубок 12. После вентиляции топки разжигается в установленном порядке горелка 8 и настраивается на режим сжигания газа, обеспечивающий яркосветящийся центральный стержневой факел, для чего газ подается в топку двумя потоками по центру для светимости и по периферии воздушного потока для создания первичного факела. Этим условиям соответствует вполне определенное соотношение между потоками газа. The device operates as follows. The furnace-heat exchanger is filled with liquid through the nozzle 12. After the furnace is ventilated, the burner 8 is ignited in the established order and tuned to the gas combustion mode, which provides a brightly lit central rod torch, for which gas is supplied to the furnace by two streams in the center for luminosity and at the periphery of the air stream to create primary torch. These conditions correspond to a well-defined relationship between gas flows.
Ввиду того, что стенки жаровой трубы имеют температуру, близкую к температуре нагреваемой жидкости,в существующих жаротрубных топках с целью снижения выбросов оксидов углерода газ с воздухом интенсивно перемешиваются и сжигание осуществляется в коротком факеле с интенсивным тепловыделением в его прикорневой части. При этом создаются благоприятные условия для образования оксидов азота. Due to the fact that the walls of the flame tube have a temperature close to the temperature of the heated fluid, in existing fire tube furnaces, gas and air are intensively mixed in order to reduce carbon oxide emissions and combustion is carried out in a short torch with intense heat in its root part. This creates favorable conditions for the formation of nitrogen oxides.
Несмотря на это в факеле вследствие сильного охлаждения продуктов сгорания имеется химический недожог (до 1% СО по объему). С другой стороны, факел при сжигании подготовленной смеси имеет низкую излучательную способность, вследствие чего доля теплоты, переданной стенкам жаровой труб, резко сокращается. Despite this, due to the strong cooling of the combustion products, the flare has a chemical underburning (up to 1% CO by volume). On the other hand, the torch when burning the prepared mixture has a low emissivity, as a result of which the fraction of heat transferred to the walls of the flame tubes is sharply reduced.
Ввиду того, что по высоте объема, занятого жидкостью, имеется неравномерность (низ всегда холоднее), что в условиях слабой циркуляции приводит к увеличению времени прогрева, соответственно к дополнительному расходу газа, ось установки горелки смещена вниз на расстояние 1-1,5 диаметра горелки. При этом уменьшается прослойка более холодных газов между ядром факела и нижней стенкой трубы, что также способствует более лучшей передаче теплоты нижней части жаровой трубы. Due to the fact that there is unevenness in the height of the volume occupied by the liquid (the bottom is always colder), which under conditions of poor circulation leads to an increase in the heating time and, accordingly, to an additional gas flow rate, the axis of the burner installation are shifted downward by a distance of 1-1.5 burner diameters . At the same time, the layer of colder gases between the core of the flame and the lower wall of the pipe decreases, which also contributes to a better transfer of heat to the lower part of the flame tube.
В условиях вынужденного движения продуктов сгорания появляются дополнительные колебания топочной среды из-за возникающих акустических явлений. Наиболее интенсивно протекает конвективный теплообмен за счет наведенных акустических явлений, если диаметр цилиндрической поверхности нагрева по отношению к ее длине составляет 0,25-0,3. Следовательно, длина жаровой трубы и ее диаметр должны выполняется в соотношении
где L длина шаровой трубы;
Д диаметр жаровой трубы
По мере остывания дымовых газов изменяются их теплофизические свойства: вязкость, плотность температура. Известно, что с падением температуры газов для поддержания необходимого теплообъема должна возрастать поверхность нагрева. Для этой цели для первой и второй ступени принимаются разные диаметры труб, причем диаметр труб первой ступени больше диаметра труб второй ступени, а скорости движения дыма в рабочих условиях в обеих ступенях равны. Это компенсирует снижение температурного напора развитием поверхности теплообмена при практически незначительном изменении коэффициента теплопередачи
Q = K•FΔt
например, при условии равенства скоростей движения дыма при рабочих условиях имеем:
где Vдг секундный расход дыма в нормальных условиях;
T1 средняя температура дыма в первой ступени;
ω1 площадь проходного сечения трубы первой ступени;
n1 число труб в первой ступени;
T2 средняя температура дыма второй ступени;
ω2 площадь проходного сечения второй трубы;
n2 число труб во второй ступени;
To=273 К.Under conditions of forced movement of combustion products, additional fluctuations of the combustion medium appear due to arising acoustic phenomena. Convective heat transfer proceeds most intensively due to induced acoustic phenomena if the diameter of the cylindrical heating surface with respect to its length is 0.25-0.3. Therefore, the length of the flame tube and its diameter must be performed in the ratio
where L is the length of the ball pipe;
D diameter of the flame tube
As the flue gases cool, their thermophysical properties change: viscosity, density, temperature. It is known that with a decrease in the temperature of the gases, the heating surface must increase to maintain the necessary heat volume. For this purpose, different diameters of the pipes are adopted for the first and second stages, the diameter of the pipes of the first stage being larger than the diameter of the pipes of the second stage, and the speeds of the smoke in the working conditions are equal in both stages. This compensates for the decrease in temperature pressure by the development of a heat transfer surface with an almost insignificant change in the heat transfer coefficient
Q = K • FΔt
for example, under the condition that the smoke velocities are equal under operating conditions, we have:
where V dg second smoke flow under normal conditions;
T 1 average smoke temperature in the first stage;
ω 1 is the flow area of the pipe of the first stage;
n 1 is the number of pipes in the first stage;
T 2 the average temperature of the smoke of the second stage;
ω 2 is the flow area of the second pipe;
n 2 the number of pipes in the second stage;
T o = 273 K.
Тогда соотношение числа труб составляет
Так, если температура дымовых газов на выходе из жаровой трубы 900oC, а после первой ступени 500oC и температура уходящих газов после второй ступени 180oC, то взяв для первой ступени трубу ⌀=2'', а для второй ступени o=1'' получим соотношение числа труб:
где n1 число труб в первом ходе;
n2 число труб во втором ходе.Then the ratio of the number of pipes is
So, if the temperature of the flue gases at the exit of the flame tube is 900 o C, and after the first stage 500 o C and the temperature of the exhaust gases after the second stage is 180 o C, then taking the pipe ⌀ = 2 '' for the first stage, and o for the second stage = 1 '' we get the ratio of the number of pipes:
where n 1 is the number of pipes in the first stroke;
n 2 the number of pipes in the second stroke.
Один погонный метр трубы ⌀2'' имеет боковую поверхность 0,18м2, а трубы o1'' 0,1 м2, таким образом при почти одинаковой длине дымогарных труб поверхность нагрева во второй ступени будет больше примерно на 40%
Стендовые испытания топки (без хвостовых поверхностей) при разработанной технологии сжигания газа обеспечивают передачу теплоты за счет радиации и конвекции в количестве 70-75% от полной мощности (т.е. на долю хвостовых поверхностей остается 25-30% количества теплоты при выходе оксидов азота не более 30-40 промиле без выпадения сажи на холодных поверхностях и практическом отсутствии химического недожога
(CO<0,012%).One running meter of ⌀2 '' pipes has a side surface of 0.18 m 2 , and pipes o1 '' 0.1 m 2 , so with almost the same length of smoke pipes, the heating surface in the second stage will be approximately 40% larger
Bench tests of the furnace (without tail surfaces) with the developed gas combustion technology provide heat transfer due to radiation and convection in the amount of 70-75% of full power (i.e., 25-30% of the heat left by the nitrogen oxides remains on the tail surfaces) no more than 30-40 ppm without soot loss on cold surfaces and the practical absence of chemical underburning
(CO <0.012%).
Claims (1)
где n1 число труб в первом ходе;
n2 число труб во втором ходе;
W1 площадь проходного сечения трубы первой ступени;
W2 площадь проходного сечения трубы второй ступени;
средняя температура дыма в первой ступени;
средняя температура дыма во второй ступени;A heat exchanger furnace containing a heat pipe with a burner device and convective heating surfaces in the form of smoke tubes combined in two steps, characterized in that the length of the heat pipe is 3.3 4.0 and its diameter, the axis of the burner device is offset from the axis of the heat pipe by 1.0 1.5 of the diameter of the outlet of the burner, the first stage along the gas is made of pipes with a diameter greater than the diameter of the pipes of the second stage, and the number of pipes in the first and second stages is chosen from the condition
where n 1 is the number of pipes in the first stroke;
n 2 is the number of pipes in the second stroke;
W 1 the area of the cross section of the pipe of the first stage;
W 2 the cross-sectional area of the pipe of the second stage;
average smoke temperature in the first stage;
average smoke temperature in the second stage;
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93019307A RU2067721C1 (en) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Furnace-and-heat-exchanger assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93019307A RU2067721C1 (en) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Furnace-and-heat-exchanger assembly |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93019307A RU93019307A (en) | 1996-08-27 |
| RU2067721C1 true RU2067721C1 (en) | 1996-10-10 |
Family
ID=20140297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93019307A RU2067721C1 (en) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Furnace-and-heat-exchanger assembly |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2067721C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196278C2 (en) * | 2000-04-05 | 2003-01-10 | Каменских Геннадий Георгиевич | Flame-tube boiler |
| RU2253067C1 (en) * | 2003-09-22 | 2005-05-27 | Гоман Вячеслав Григорьевич | Heating device |
-
1993
- 1993-04-13 RU RU93019307A patent/RU2067721C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Справочник эксплуатационника газифицированных котельных под ред. Столпнера Е.Б., Л.: Недра, 1988, с.210, рис.4.7. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2196278C2 (en) * | 2000-04-05 | 2003-01-10 | Каменских Геннадий Георгиевич | Flame-tube boiler |
| RU2253067C1 (en) * | 2003-09-22 | 2005-05-27 | Гоман Вячеслав Григорьевич | Heating device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4502626A (en) | Combustion product condensing water heater | |
| CA1289427C (en) | Liquid-backed gas-fired heating system | |
| CA1134220A (en) | Heating boiler | |
| WO2019165385A1 (en) | Inward-firing premix fuel combustion burner | |
| CN1085303A (en) | Reduce the combustion method and the equipment of nitrogen oxide and carbon monoxide emission concentration | |
| HK1244865A1 (en) | Low nox, high efficiency, high temperature, staged recirculating burner and radiant tube combustion system | |
| SE9504344D0 (en) | Heat exchanger, for example in the production of carbon black | |
| RU2256846C1 (en) | Piping heater | |
| RU2067721C1 (en) | Furnace-and-heat-exchanger assembly | |
| US5758605A (en) | Steam generator | |
| US3392711A (en) | Fire tube boiler or water heater | |
| JPH04257655A (en) | Small size gas combustion air heater | |
| SU1509575A1 (en) | Method and apparatus for recirculating flue gases | |
| RU2137049C1 (en) | Hot-water boiler | |
| CN206739631U (en) | Gas fired-boiler flue inner conduit formula heat sink | |
| US4871308A (en) | Method and apparatus for heating a fluid stream | |
| Blomquist | Experimental gas-fired pulse-combustion studies | |
| RU2219218C2 (en) | Tubular preheater | |
| RU2082925C1 (en) | Tube-type furnace | |
| RU2189539C2 (en) | Heating boiler | |
| RU2265160C1 (en) | Technological heater | |
| KR840001311Y1 (en) | Boiler | |
| RU53410U1 (en) | DEVICE FOR GAS AND OIL HEATING | |
| RU2003002C1 (en) | Recuperator | |
| RU2198352C2 (en) | Boiler |