RU2010932C1

RU2010932C1 - Chimney stack

Info

Publication number: RU2010932C1
Authority: RU
Inventors: Валентин Федорович Увакин; Алексей Валентинович Увакин
Original assignee: Валентин Федорович Увакин; Алексей Валентинович Увакин
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: chimney stack is made from coaxial corrugated shells. Corrugations in adjacent shells are orthogonal and are interconnected at the points of contact to form a sealed cavity between inner shells which is partly filled with a heat-transfer agent. A heat screen overlapped by plugs is formed by outer shells. EFFECT: improved structure. 4 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям сейсмостойких дымовых труб с рекуператорами тепловой энергии отходящих газов и может быть использовано на транспортных средствах, работающих при больших вибрационных и ударных ускорениях. The invention relates to structures of earthquake-resistant chimneys with heat energy recuperators of exhaust gases and can be used on vehicles operating at high vibrational and shock accelerations.

Известна дымовая труба, включающая железобетонный несущий ствол, футеровку из установленных с зазорами между собой и относительно ствола штучных теплоизоляционных элементов, элементы крепления футеровки к стволу и гибкое теплоизоляционное покрытие с внутренней стороны футеровки (1). A chimney is known, including a reinforced concrete bearing barrel, a lining of piece heat-insulating elements installed with gaps between each other and relative to the barrel, lining fastening elements to the barrel and a flexible heat-insulating coating on the inside of the lining (1).

Недостатками таких труб является потеря тепловой энергии дымовых газов, большая масса трубы, низкая сейсмостойкость, а высокая температура газов в устье трубы усложняет газоочистные установки для нейтрализации газов и их очистки от механических включений. The disadvantages of such pipes are the loss of thermal energy of flue gases, the large mass of the pipe, low seismic resistance, and the high temperature of the gases at the mouth of the pipe complicates the gas treatment plants to neutralize gases and clean them from mechanical impurities.

Известна также дымовая труба, включающая установленный на железобетонном фундаменте ствол из коаксиально размещенных тонкостенных оболочек из тепло-коррозионностойкого материала (2). A chimney is also known, including a barrel mounted on a reinforced concrete foundation made of coaxially placed thin-walled shells made of heat-corrosion-resistant material (2).

Недостатками таких труб являются потери тепловой энергии дымовых газов (при отсутствии рекуператора) большая материалоемкость. The disadvantages of such pipes are the loss of thermal energy of flue gases (in the absence of a recuperator) high material consumption.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет рекуперации тепловой энергии дымовых газов и снижение материалоемкости. The aim of the invention is to expand the functionality due to the recovery of thermal energy of flue gases and reduce material consumption.

Для достижения этих целей известная дымовая труба, включающая установленный на железобетонном фундаменте ствол из двух коаксиально размещенных тонкостенных оболочек из тепло- и коррозионностойкого материала снабжена, по крайней мере одной, дополнительной коаксиальной оболочкой из тепло- и коррозионностойкого материала, при этом все внутренние оболочки выполнены гофрированными с ортогональным направлением гофр в смежных оболочках, соединены между собой в местах контактирования гофр с образованием между внутренними оболочками полости (канала) для теплоносителя, а между наружными оболочками с торцевыми заглушками-теплового экрана, причем внутренняя поверхность ствола покрыта гибким тепло- и коррозионностойким теплоизоляционным материалом, толщина которого меньше толщины внутренней гофрированной оболочки. To achieve these goals, the well-known chimney, including a barrel mounted on a reinforced concrete foundation, of two coaxially placed thin-walled shells of heat and corrosion resistant material is provided with at least one additional coaxial shell of heat and corrosion resistant material, while all the inner shells are corrugated with the orthogonal direction of the corrugations in adjacent shells, interconnected at the contact points of the corrugations with the formation of bands between the inner shells ty (channel) for the coolant, and between the outer shells with the end caps of the heat shield, and the inner surface of the barrel is covered with a flexible heat and corrosion-resistant heat-insulating material, the thickness of which is less than the thickness of the inner corrugated shell.

На фиг. 1 изображен один из вариантов дымовой трубы с рекуператором в виде тепловой трубы, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - узел II на фиг. 1. In FIG. 1 shows one of the options for a chimney with a recuperator in the form of a heat pipe, a general view; in FIG. 2 - node I in FIG. 1; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 - node II in FIG. 1.

Дымовая труба содержит несущий ствол 1, установленный на железобетонном фундаменте 2, выполненный из соединенных между собой в местах контактирования гофр коаксиальных гофрированных оболочек 3, 4, 5, 6 и 7 из тепло- и коррозионностойкого материала с ортогональным направлением смежных оболочек, две смежные из которых 3 и 4, расположенные с внутренней стороны ствола 1, соединены с образованием герметичной полости 8, частично заполненной теплоносителем 9, внутренняя поверхность С которой покрыта капиллярно-пористым материалом 10, которые образуют тепловую трубу, а с внутренней стороны ствола на поверхность В нанесен тонкий слой гибкого тепло- и коррозионностойкого теплоизоляционного материала с низкой газопроницаемостью, например, корундового покрытия на алюмофосфатной связке или огнеупорной обмазки для металлов. The chimney contains a supporting shaft 1 mounted on a reinforced concrete foundation 2, made of coaxial corrugated shells 3, 4, 5, 6 and 7 interconnected at the contact points of the corrugations of heat and corrosion resistant material with orthogonal direction of adjacent shells, two of which are adjacent 3 and 4, located on the inner side of the barrel 1, are connected with the formation of an airtight cavity 8, partially filled with coolant 9, the inner surface of which is covered with capillary-porous material 10, which form a heat pipe, and a thin layer of flexible heat and corrosion-resistant heat-insulating material with low gas permeability, for example, corundum coating on an aluminophosphate binder or refractory coating for metals, is applied to the surface B on the inside of the barrel.

Нижняя часть ствола 1 соединена с воздухозаборником 11 горячей воздуходувки (на чертежах не показана), внутренняя полость которого 12 соединена с воздушными каналами 13 и 14, образованными тонкостенными гофрированными оболочками 4, 5 и 6 с наружной стороны тепловой трубы 8 с теплоносителем 9. С внешней стороны несущего ствола 1 установлена оболочка 15, соединенная в местах контактирования гофр с тонкостенной гофрированной оболочкой 7, предназначенная для установки ходовой лестницы, светофорных площадок (на чертежах не показаны). Полости 16 и 17 между оболочками 6 и 15 закрыты с торцов крышками 18 и являются внешним тепловым экраном для теплообменника 8, уменьшающим потери тепловой энергии из теплообменника 8 в окружающую среду. Тепловая труба 8 имеет наливной и сливной патрубки и предохранительный клапан на случай отказа воздуходувки (на чертежах не показаны). The lower part of the barrel 1 is connected to the hot air blower air intake 11 (not shown in the drawings), the inner cavity of which 12 is connected to the air channels 13 and 14 formed by thin-walled corrugated shells 4, 5 and 6 from the outside of the heat pipe 8 with a heat carrier 9. With an external on the side of the carrier barrel 1, a shell 15 is mounted, connected at the points of contact of the corrugations with a thin-walled corrugated shell 7, designed to install a navigation ladder, traffic lights (not shown in the drawings). The cavities 16 and 17 between the shells 6 and 15 are closed at the ends by the covers 18 and are an external heat shield for the heat exchanger 8, which reduces the loss of thermal energy from the heat exchanger 8 to the environment. The heat pipe 8 has a filling and drain pipe and a safety valve in case of blower failure (not shown in the drawings).

Предлагаемая конструкция ствола 1 дымовой трубы будет выполнять функции рекуператора тепловой энергии дымовых газов и при отсутствии тепловой трубы 8. В этом случае полости тепловой трубы используются в качестве каналов воздушного теплообменника. Однако при аварийном отключении воздуходувки температура внутренней оболочки 3 ствола 1 резко возрастает, что приведет к повышенному износу трубы. Крепление несущего ствола 1 к железобетонному фундаменту 2 производится болтами 19. Подвод дымовых газов к трубе производится через ввод борова 20, а для выемки золы предусмотрено окно 21. Футеровку 22 вода борова 20, корпус которого 23 может быть выполнен из стали, и внутренней поверхности стакана 24 железобетонного фундамента 2 может быть выполнена огнеупорным бетоном на фосфатной связке 25 с армирующей сеткой 26, закрепленной на соединенных между собой в местах контактирования гофр гофрированных в окружном и осевом направлениях тонкостенных коаксиальных оболочек 27 и 28, последняя из которых установлена с зазором относительно корпуса 23 ввода борова 20 и стакана 24 фундамента 2. Для повышения ветровой устойчивости трубы нижняя часть стакана 24 фундамента 2 заполнена боем кирпича 29, а фундамент 2 может быть установлен на винтовых сваях. В верхней части несущего ствола 1 установлена газоочистка 30, которая может включать озонатор Емельянова, электродинамическую сирену, электроциклон, ротоклон "Урал" или каталитический фильтр Егина "Фактор - Г2". Наличие гофр на внутренней тонкостенной гофрированной оболочке 3 ствола 1 увеличивает теплопередачу от дымовых газов к тепловой трубе 8 за счет турбулизации потока дымовых газов. В качестве теплоносителя 9 можно использовать воду, а тепловая труба 8 может также использоваться для получения и подачи пара в фильтр Егина. The proposed design of the barrel 1 of the chimney will perform the functions of a heat energy recuperator of the flue gases and in the absence of heat pipe 8. In this case, the cavity of the heat pipe is used as channels of an air heat exchanger. However, with an emergency shutdown of the blower, the temperature of the inner shell 3 of the barrel 1 increases sharply, which will lead to increased wear of the pipe. The carrier barrel 1 is fixed to the reinforced concrete foundation 2 with bolts 19. The flue gas is supplied to the pipe through the inlet of the hog 20, and a window 21 is provided for ash extraction. 24 reinforced concrete foundation 2 can be made of refractory concrete on a phosphate bond 25 with a reinforcing mesh 26, mounted on interconnected at the contact points of the corrugated corrugated thin-walled corrugated in the circumferential and axial directions paraxial shells 27 and 28, the last being mounted with clearance relative to the housing 23 and input 20 hog cup 24 foundation 2. To increase the wind resistance of the pipe nozzle lower part 24 of foundation 2 battle filled bricks 29 and the foundation 2 can be mounted on screw piles. In the upper part of the carrier barrel 1, gas purification 30 is installed, which may include Emelyanov’s ozonizer, electrodynamic siren, electric cyclone, Ural rotoclone or Yegin’s catalytic filter “Factor-G2”. The presence of corrugations on the inner thin-walled corrugated shell 3 of the barrel 1 increases the heat transfer from flue gases to the heat pipe 8 due to the turbulence of the flue gas stream. Water can be used as heat carrier 9, and heat pipe 8 can also be used to receive and supply steam to the Yegin filter.

Труба работает следующим образом. The pipe works as follows.

Движущийся поток горячих дымовых газов в стволе 1, поступающих из ввода борова 20, завихряется у внутренней гофрированной оболочки 3 ствола 1 и большая его часть тепловой энергии в силу малости теплового сопротивления между потоком газов и тепловой трубой 8 будет передаваться теплоносителю 9 и воздуху в каналах 13 и 14 теплообменника. При этом градиент температур дымовых газов по высоте трубы возрастает и в устье ствола 1 трубы дымовые газы будут иметь температуру 50-80^оС, где они проходят газоочистку 30, а очищенные от механических примесей и вредных составляющих газов поступают в атмосферу. Поток воздуха, проходя через фильтр воздухозаборника и воздушные каналы 13 и 14 ствола 1, расположенные с наружной стороны тепловой трубы 8, нагревается и из воздухозаборника 11 поступает в воздуходувку (на чертежах не показаны) для вторичного использования, например, подается в зону горения топлива в печи или энергетической установки. Механические примеси дымовых газов частично оседают на дне стакана 24, откуда периодически удаляются через окно 21, а частично собираются газоочисткой 30.The moving stream of hot flue gases in the barrel 1, coming from the input of the hog 20, swirls near the inner corrugated shell 3 of the barrel 1 and most of its thermal energy due to the small heat resistance between the gas stream and the heat pipe 8 will be transferred to the coolant 9 and the air in the channels 13 and 14 heat exchangers. When this gradient flue gas temperature adjustment pipe increases and at the mouth of the barrel 1 of pipe flue gases will have a temperature of 50-80 ^{° C} where they undergo gas cleaning 30, and peeled from mechanical impurities and harmful components of the gases enter the atmosphere. The air flow passing through the air intake filter and the air channels 13 and 14 of the barrel 1, located on the outside of the heat pipe 8, is heated and from the air intake 11 enters the blower (not shown) for recycling, for example, it is fed into the fuel combustion zone in furnace or power plant. The mechanical impurities of the flue gases are partially deposited at the bottom of the glass 24, from where they are periodically removed through the window 21, and partially collected by gas cleaning 30.

Градиент температур между теплоносителем 9 и горячими дымовыми газами распределяется прямо пропорционально толщинам гофрированной оболочки 3 и теплоизоляционного покрытия и обратно пропорционально теплопроводностям материалов оболочки 3 и ее теплоизоляционного покрытия. В случае выполнения гофрированной оболочки 3 из нержавеющей стали типа 12Х18Н10Т с теплопроводностью λ_cт = 14,5 Вт/м. К, а покрытия из корунда, теплопроводность которого λ_cт = = 7. -10 Вт/м. К при средней температуре покрытия 600-800^оС и максимальной температуре дымовых газов 1000^оС и толщине теплоизоляционного покрытия равной 0,7 от толщины оболочки 3 максимальные градиенты температур на оболочке 3 и теплоизоляционном покрытии будут равны, а максимальная температура материала оболочки 3 даже при отсутствии тепловой трубы и открюченной воздуходувке не превысит 500^оС, что вполне допустимо для стали 12Х18Н10Т.The temperature gradient between the coolant 9 and the hot flue gas is distributed in direct proportion to the thickness of the corrugated shell 3 and the heat-insulating coating and inversely to the heat conductivity of the materials of the shell 3 and its heat-insulating coating. In the case of corrugated shell 3 made of stainless steel type 12X18H10T with thermal conductivity λ _ct = 14.5 W / m. K, and coatings from corundum, whose thermal conductivity λ _ct = = 7. -10 W / m. By coating with an average temperature of ^about 600-800 C and a maximum temperature of the flue gas 1000 ^o C and a thickness of 0.7 shielding shell thickness of 3 the maximum temperature gradients on the shell 3 and the heat-insulating coating will be equal, and the maximum temperature of the casing material 3 even when the absence of a heat pipe and blower otkryuchennoy not exceed 500 ^C, which is quite acceptable for steel 12X18H10T.

При наличии же тепловой трубы с водой и работе воздуходувки теплообменника максимальная температура материала оболочки 3 не превысит 105^оС, что резко повысит ресурс работы ствола 1 дымовой трубы.In the presence of water with the heat pipe and the heat exchanger blower highest temperatures the casing material 3 does not exceed 105 ^C, which dramatically increase the life of the barrel 1 of the chimney.

При толщине гофрированных оболочек 3-6 ствола 1 равной 0,3-1,0 мм, высоте гофр 40-70 мм и длине волны гофр 120-160 мм жесткость ствола 1 к изгибным колебаниям будет близка к жесткости железобетонной трубы такого же диаметра, длины и толщины, а масса ствола 1 будет значительно меньше массы ствола известных дымовых труб. Ствол 1 трубы может быть выполнен в виде отдельных царг, длиной 8-15 м, что значительно упростит сборку дымовой трубы на объекте. When the thickness of the corrugated shells 3-6 of the barrel 1 is 0.3-1.0 mm, the height of the corrugations is 40-70 mm and the wavelength of the corrugations is 120-160 mm, the rigidity of the barrel 1 to bending vibrations will be close to the rigidity of a reinforced concrete pipe of the same diameter, length and thickness, and the mass of the barrel 1 will be significantly less than the mass of the barrel of known chimneys. Trunk 1 of the pipe can be made in the form of individual cages, 8-15 m long, which will greatly simplify the assembly of the chimney at the facility.

Рекуперация большей части тепловой энергии дымовых газов при в несколько раз меньшей высоте ствола дымовой трубы и его материалоемкости делают предлагаемую дымовую трубу конкурентноспособной по отношению к лучшим известным дымовым трубам. (56) Патент США N 3730073, кл. Е 04 Н 12/28, публ. 1973. The recovery of most of the thermal energy of the flue gases at several times lower height of the chimney barrel and its material consumption makes the proposed chimney competitive with the best known chimneys. (56) U.S. Patent No. 3730073, cl. E 04 H 12/28, publ. 1973.

Claims

SMOKE PIPE, including a barrel mounted on a reinforced concrete foundation, from two coaxially placed thin-walled shells made of heat and corrosion resistant material, characterized in that, in order to expand its functionality by recovering the thermal energy of flue gases and reducing material consumption, it is equipped with at least one additional a shell, an inner coating of flexible heat and corrosion material and end caps, while the shells are corrugated, and in adjacent shells the corrugations are placed orthogonally and are interconnected at the contact points of the corrugations with the formation between the inner shells of an airtight cavity partially filled with a coolant, and between the outer ones - a heat shield covered by end caps, while the thickness of the inner coating is less than the thickness of the inner corrugated shell.