close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

способ утилизации тепла газов

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 300 653
(13)
C1
(51) МПК
F02C 7/10
F01K 9/00
(2006.01)
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2005135829/06, 17.11.2005
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
17.11.2005
(45) Опубликовано: 10.06.2007 Бюл. № 16
2 3 0 0 6 5 3
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к энергосберегающим
технологи м в области теплоэнергетики, в
частности к утилизации тепла газов. Предложен
способ утилизации тепла газов, скорость которых
может быть ниже 50 м/с, включающий отвод потока
газов и направление его внутрь теплообменного
аппарата по подвод щему патрубку, имеющему
отличное от теплообменного аппарата поперечное
сечение в зоне их соединени , прохождение этого
потока между теплопередающими устройствами,
размещенными внутри теплообменного аппарата,
отвод тепла от газа к рабочей жидкости,
циркулирующей
внутри
теплопередающих
устройств, которые разбиты на отдельные участки
с увеличением теплопередающих устройств от
одного участка до соседнего по мере движени потока газов. При этом поток рабочей жидкости
последовательно передаетс от участка к участку
теплопередающих устройств в
направлении,
обратном движению отработанных газов, при этом
суммарное
гидродинамическое
сопротивление
теплопередающих устройств каждого из участков
аналогично.
Скорость
потока
газов
при
прохождении
через
участки
теплообменного
аппарата поддерживаетс оптимальной за счет
уменьшени живого сечени теплообменного
аппарата на каждом из участков и/или увеличени количества теплопередающих устройств в каждом
участке. Когда конденсат скапливаетс в
теплообменном аппарате, то его периодически
сливают. Изобретение позвол ет значительно
уменьшить
габариты
используемого
теплообменного аппарата, снизить его стоимость и
расширить область его применени . 1 з.п. ф-лы, 1
ил.
Страница: 1
RU
C 1
C 1
(54) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ГАЗОВ
2 3 0 0 6 5 3
Адрес дл переписки:
423236, Республика Татарстан, г. Бугульма,
ул. М. Джалил , 32, "ТатНИПИнефть", сектор
создани и развити промышленной
собственности
(73) Патентообладатель(и):
Открытое акционерное общество "Татнефть" им.
В.Д. Шашина (RU)
R U
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2187674 С2 20.08.2000. US 3442324 A
06.05.1969. DE 19744917 A1 15.04.1999. SU
1398217 A 01.01.1973. SU 282356 A 01.01.1970.
RU 2009428 C1 15.03.1994.
(72) Автор(ы):
Ибатуллин Равиль Рустамович (RU),
Гнедочкин Юрий Михайлович (RU),
Кунеевский Владимир Васильевич (RU),
Кичаев Алексей Александрович (RU),
Евсеев Александр Николаевич (RU),
Оснос Владимир Борисович (RU),
Дунаев Анатолий Иванович (RU),
Блохин Владимир Николаевич (RU)
C 1
C 1
2 3 0 0 6 5 3
2 3 0 0 6 5 3
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 300 653
(13)
C1
(51) Int. Cl.
F02C 7/10
F01K 9/00
(2006.01)
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2005135829/06, 17.11.2005
(24) Effective date for property rights: 17.11.2005
(45) Date of publication: 10.06.2007 Bull. 16
2 3 0 0 6 5 3
R U
(57) Abstract:
FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to alternative
technologies, particularly, to recovery of heat
of gases.
Methods is proposed of recovery of
heat of gases whose velocity can be lower than
50 m/s including removal of gas flow and
directing it inside heat exchanger device along
supply branch pipe with cross section in zone of
connection different from that of heat exchange
device, passing of said flow between heat
transfer devices arranged inside heat exchanger
device, transmission of heat from gas to working
liquid circulating inside heat transfer devices
which are divided into separate sections with
increasing number of heat transfer devices from
one section to adjacent one as gas flows. Flow
of working liquid is transmitted in succession
from section to section of heat transfer devices
in direction opposite to flow of exhaust gases,
summary hydrodynamic resistance of heat transfer
devices of each section being similar.
Velocity
of gas flow passing through sections of heat
exchange device is maintained optimum owing to
reduction of live section of heat exchange device
in each section and/or increase in number of heat
transfer devices in each section.
Condensate
accumulating
in
heat
exchange
device
is
periodically drained.
EFFECT: considerable decrease of overall
dimensions of used heat exchange device, reduced
cost of said device and enlarged sphere of its
application.
Страница: 3
EN
C 1
C 1
(54) GAS HEAT RECOVERY METHOD
2 3 0 0 6 5 3
(73) Proprietor(s):
Otkrytoe aktsionernoe obshchestvo "Tatneft'"
im. V.D. Shashina (RU)
R U
Mail address:
423236, Respublika Tatarstan, g. Bugul'ma,
ul. M. Dzhalilja, 32, "TatNIPIneft'", sektor
sozdanija i razvitija promyshlennoj sobstvennosti
(72) Inventor(s):
Ibatullin Ravil' Rustamovich (RU),
Gnedochkin Jurij Mikhajlovich (RU),
Kuneevskij Vladimir Vasil'evich (RU),
Kichaev Aleksej Aleksandrovich (RU),
Evseev Aleksandr Nikolaevich (RU),
Osnos Vladimir Borisovich (RU),
Dunaev Anatolij Ivanovich (RU),
Blokhin Vladimir Nikolaevich (RU)
RU 2 300 653 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к энергосберегающим технологи м в области теплоэнергетики, в
частности к утилизации тепла газов и его передаче рабочей жидкости.
Известен способ утилизации тепла отработанных газов газотурбинного двигател (ГТД)
(патент US №3442324, US C1. 165-51, МПК F28F 27/03, 13/06, опубл. 06.05.1969 г.)
путем отвода потока газов от последнего и направлени его внутрь теплообменного
аппарата, прохождени этого потока между теплообменными устройствами,
размещенными внутри теплообменного аппарата, отвода тепла от газа к рабочей жидкости,
циркулирующей внутри теплопередающего устройства, с одновременным снижением
скорости потока во врем прохождени его через теплопередающие устройства.
Недостатками данного способа вл ютс :
во-первых, использование специального устройства дл предварительного уменьшени скорости потока газов, что приводит к увеличению массы, габаритов и, как следствие,
стоимости устройства;
во-вторых, использование дл снижени скорости потока газов сдвоенного
расшир ющегос патрубка и плотно установленных теплопередающих устройств
(оребренных трубок), через которые циркулирует рабоча жидкость, что на определенных
режимах работы может приводить к запиранию поперечного сечени теплообменного
аппарата и, как следствие, к его неработоспособности;
в-третьих, работоспособность этого способа возможна только при высоких скорост х
потока отработанных газов (50 м/с и выше).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату вл етс "Способ утилизации тепла отработанных газов ГТД" (патент RU №2187674, МПК F02C 7/10,
опубл. 20.08.2002 г.), осуществл ющийс путем отвода потока газа от последнего и
направлени его внутрь теплообменного аппарата, прохождени этого потока между
теплопередающими устройствами, размещенными внутри теплообменного аппарата,
отвода тепла от газа к рабочей жидкости, циркулирующей внутри теплопередающего
устройства, с одновременным снижением скорости потока во врем прохождени его через
теплопередающие устройства, отличающийс тем, что непосредственно на выходе из
выхлопной трубы газотурбинного двигател размещают теплообменный аппарат,
последний разбивают на отдельные участки, в каждом из них размещают такое количество
теплопередающих устройств, при котором исключалось бы запирание потока газа на этом
участке, а размер поперечного сечени каждого участка постепенно увеличивают от
начала участка до конца, при этом за счет отвода максимального количества тепла от
газа к рабочей жидкости и расширени сечени при заданном аэродинамическом
сопротивлении каждого участка снижают скорость газа на выходе из теплообменного
аппарата, при этом количество теплопередающих устройств увеличивают от одного участка
до соседнего по мере движени потока газа.
Недостатками данного способа вл ютс :
во-первых, при соблюдении всех требований данного способа в сочетании с высокой
скоростью и температурой потока отработанных газов невозможно добитьс одинакового
суммарного гидравлического сопротивлени циркулирующей рабочей жидкости в
теплопередающих устройствах на каждом участке теплообменного аппарата, что делает
невозможным или нерациональным последовательное соединение данных участков дл обеспечени оптимального отбора тепла от отработанных газов к рабочей жидкости, при
этом скорость потока отработанных газов, поход щих через участки теплообменного
аппарата, непосто нна и уменьшаетс по ходу потока отработанных газов, что также не
оптимально дл теплопередачи тепла от отработанных газов к рабочей жидкости, все это
в совокупности приводит к увеличению габаритов теплообменного аппарата и, как
следствие, к увеличению его стоимости;
во-вторых, работоспособность этого способа возможна только при высоких скорост х
потока отработанных газов (50 м/с и выше).
Технической задачей способа вл етс создание оптимальных условий дл утилизации
тепла отработанных газов в теплообменном аппарате, привод щих к снижению его
Страница: 4
DE
RU 2 300 653 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
стоимости, и расширение области применени за счет возможности использовани способа
дл утилизации тепла газов при скорости их потока ниже 50 м/с.
Техническа задача решаетс способом утилизации тепла газов, включающим отвод
потока отработанных газов и направление его внутрь теплообменного аппарата по
подвод щему патрубку, прохождение этого потока между теплопередающими
устройствами, размещенными внутри теплообменного аппарата, отвод тепла от газов к
рабочей жидкости, циркулирующей внутри теплопередающих устройств, которые разбиты
на отдельные участки с увеличением теплопередающих устройств от одного участка до
соседнего по мере движени потока газов.
Новым вл етс то, что скорость потока газов при подаче в теплообменный аппарат
довод т до оптимальной дл отвода тепла от газов к рабочей жидкости за счет того, что
поперечное сечение теплообменного аппарата отлично от поперечного сечени подвод щего патрубка в зоне их соединени , при этом поток рабочей жидкости
последовательно передаетс от участка к участку теплообменных устройств в
направлении, обратном движению отработанных газов, за счет того, что суммарное
гидродинамическое сопротивление теплопередающих устройств каждого из участков
аналогично, причем скорость потока газов при прохождении через участки теплообменного
аппарата поддерживаетс оптимальной за счет уменьшени живого сечени теплообменного аппарата на каждом из участков и/или увеличени количества
теплопередающих устройств в каждом участке.
Новым вл етс также то, что конденсат, скапливающийс в теплообменном аппарате,
периодически сливают.
На чертеже представлена схема устройства дл осуществлени способа утилизации
тепла газов.
Дл осуществлени способа утилизации тепла газов поток газов из области с высокой
температурой отводитс и направл етс по подвод щему патрубку 1 внутрь
теплообменного аппарата 2, внутри которого расположены теплопередающие устройства 3
(например, трубки) с протекающей по ним рабочей жидкостью. При этом скорость потока
газов при подаче в теплообменный аппарат доводитс до оптимальной (при применении в
качестве рабочей жидкости воды оптимальна скорость равна 1±20% м/с) дл отвода
тепла от газов к рабочей жидкости за счет того, что поперечное сечение теплообменного
аппарата 2 отлично от поперечного сечени подвод щего патрубка 2 в зоне их
соединени . При прохождении первого участка 4 теплопередающих устройств 3
температура потока газов падает и, как следствие, увеличиваетс плотность газов и
скорость падает. Дл поддержани оптимальной скорости потока газов на втором участке
5 количество теплопередающих устройств 3 увеличивают, уменьша суммарное проходное
сечение дл потока газов, что увеличивает его скорость до оптимальной. Если скорость
потока газа ниже оптимальной после прохождени первого участка 4 теплопередающих
устройств, то на втором участке 5 уменьшают площадь живого сечени (на чертеже не
показано) дл увеличени скорости потока газов. На последующих участках 6 аналогичным
участку 5 образом поддерживаетс оптимальна скорость потока газов.
Причем при увеличении количества теплопередающих устройств 3 на каждом из
последующих участков 5 и 6 их проходное сечение дл жидкости уменьшаетс так, чтобы
суммарное гидродинамическое сопротивление каждого из участков 4, 5 и 6 оставалось
примерно одинаковым. Это позвол ет последовательно соединить участки 4, 5 и 6 таким
образом, что поток рабочей жидкости последовательно передавалс через них в
противоположном направлении потоку газов.
В ходе работы теплообменного аппарата в некоторых случа х, когда поток газов,
исход щих из подвод щего патрубка 1, имеет температуру ниже 70ч80°С, в теплообменном
аппарате может скапливатьс конденсат, который периодически сливают при помощи
сливного патрубка 7, оборудованного вентилем 8.
Примеры конкретного выполнени способа.
Пример 1.
Страница: 5
RU 2 300 653 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Предлагаемый способ примен лс на печах, использующихс дл нагрева нефти при
помощи сжигаемого попутного газа. Причем теплообменный аппарат 2 с трем участками 4,
5 и 6 теплопередающих устройств 3 (трубок) устанавливалс на выходе газов
(отработанных газов с температурой ?400ч450°С и скоростью потока пор дка 10ч12 м/с)
из печи перед выбросом в атмосферу. Причем площадь поперечного сечени подвод щего
патрубка 1 составила ?0,0113 м 2 (?=12 см). В качестве рабочей жидкости использовалась
вода. Дл снижени скорости до оптимальной (1±20% м/с) площадь поперечного сечени теплообменного аппарата 2 составила ?0,12м 2 (пр моугольник с шириной 30 см и высотой
40 см). Первый участок 4 был собран из трубок 3 с наружным диаметром 28 мм, при
прохождении которого скорость потока уменьшилась примерно на 20% и составила 0,9 м/с
за счет снижени температуры газов до ?300°С. Второй участок 5 был собран из трубок 3
с наружным диаметром 20 мм, которые были размещены в шахматном пор дке (на чертеже
не показано) по ходу потока газа и уменьшали проходное сечение теплообменного
аппарата 2 на ?20% относительно первого участка 4. При прохождении второго участка 5
скорость потока газов уменьшилась еще на ?30% и составила 0,85 м/с за счет снижени температуры газов до ?110°С. Третий участок 6 был собран из трубок 3 с наружным
диаметром 10 мм, которые были размещены в шахматном пор дке (на чертеже не
показано) по ходу потока газа и уменьшали проходное сечение теплообменного аппарата 2
на ?30% относительно второго участка 5. При прохождении третьего участка 6 температура
газов уменьшилась до ?25°С и практически сравн лась с температурой окружающего
пространства, что свидетельствует практически о полной утилизации тепла газов рабочей
жидкостью. После чего охлажденный газ сбрасывалс в атмосферу. В результате
применени данного способа рабоча жидкость циркулировала последовательно по всем
участкам 6, 5 и 4 с минимальными гидродинамическими потер ми, так как суммарное
гидродинамическое сопротивление каждого из участков 4, 5 и 6 отличались не более чем
на ±5%. При этом рабоча жидкость нагревалась до 80°С, котора примен лась дл нагрева нефти с других участков на нефтегазодобывающих промыслах, наход щихс в
близости от печей, оговоренных в этом примере, а также дл отоплени в зимний период
помещений. В данном примере длина теплообменного аппарата 2 по ходу потока газов
составила 70 см.
Пример 2.
Предлагаемый способ примен лс в жилых и рабочих помещени х с принудительной
вентил цией в зимний период. Причем теплообменный аппарат 2 с двум участками 4, 5
теплопередающих устройств 3 (трубок) устанавливалс на выходе газов (воздуха с
температурой ?32°С и скоростью потока пор дка 3 м/с) из жилого помещени перед
выбросом в атмосферу. Причем площадь поперечного сечени подвод щего патрубка 1
составила ?0,058 м 2 (квадрат со стороной, равной 24 см). В качестве рабочей жидкости
использовалась вода. Дл снижени скорости до оптимальной (1±20% м/с) площадь
поперечного сечени теплообменного аппарата 2 составила ?0,16 м 2 (квадрат со
стороной, равной 40 см). Первый участок 4 был собран из трубок 3 с наружным диаметром
10 мм, которые были размещены в шахматном пор дке (на чертеже не показано) по ходу
потока газа. При прохождении первого участка скорость потока уменьшилась примерно на
5% и составила 0,95 м/с за счет снижени температуры газов до ?16°C. Второй участок 5
был собран из трубок 3 с наружным диаметром 10 мм, которые были размещены в
шахматном пор дке (на чертеже не показано) по ходу потока газа и уменьшали проходное
сечение теплообменного аппарата 2 на ?10% относительно первого участка 4. При
прохождении второго участка 5 температура газов уменьшилась до 6°С, что вл етс практическим порогом использовани воды в качестве рабочей жидкости. После чего
охлажденный газ сбрасывалс в атмосферу. В результате применени данного способа
рабоча жидкость циркулировала последовательно по всем участкам 5 и 4 с
минимальными гидродинамическими потер ми, так как суммарное гидродинамическое
сопротивление каждого из участков 4, 5 и 6 отличалось не более чем на ±5%. При этом
Страница: 6
RU 2 300 653 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
рабоча жидкость нагревалась до 18°С и примен лась дл нагрева поступающего в это же
жилое помещение воздуха, эконом материальные затраты, затрачиваемые на отопление
жилого помещени . В ходе работы жидкость, содержаща с в газах, в виде конденсата
скапливалась в теплообменном аппарате, из которого через сливной патрубок 7
периодически сливалась при содействии вентил 8. В данном примере длина
теплообменного аппарата 2 по ходу потока газов составила 35 см.
Пример 3.
Предлагаемый способ примен лс на котельных, использующихс дл нагрева воды дл обогрева жилых помещений. Причем теплообменный аппарат 2 с четырьм участками 4, 5
и 6 (последний не показан) теплопередающих устройств 3 (трубок) устанавливалс на
выходе газов (отработанных газов с температурой ?650ч700°С и скоростью потока пор дка
20ч25 м/с) из печи перед выбросом в атмосферу. Причем площадь поперечного сечени подвод щего патрубка 1 составила ?0,25 м 2 (? =50 см). В качестве рабочей жидкости
использовалась вода. Дл снижени скорости до оптимальной (1±20% м/с) площадь
поперечного сечени теплообменного аппарата 2 составила ?5 м 2 (пр моугольник с
шириной 2,5 м и высотой 2 м). Первый участок 4 был собран из трубок 3 с наружным
диаметром 40 мм, при прохождении которого скорость потока уменьшилась примерно на
30% и составила 0,7 м/с за счет снижени температуры газов до ?400°C. Второй участок 5
был собран из трубок 3 с наружным диаметром 32 мм, которые были размещены в
шахматном пор дке (на чертеже не показано) по ходу потока газа и уменьшали проходное
сечение теплообменного аппарата 2 на ?15% относительно первого участка 4, а площадь
живого сечени на ?20% и составила ?4 м 2 (пр моугольник шириной 2,25 м и высотой 1,8
м), чтобы не создавать большого сопротивлени потоку газа. При прохождении второго
участка 5 скорость потока газов уменьшилась еще на ?25% и составила 0,85 м/с за счет
снижени температуры газов до ?105°С. Третий участок 6 был собран из трубок 3 с
наружным диаметром 20 мм, которые были размещены в шахматном пор дке (на чертеже
не показано) по ходу потока газа и уменьшали проходное сечение теплообменного
аппарата 2 на ?25% относительно второго участка 5. При прохождении третьего участка 6
температура газов уменьшилась еще на ?20% и составила 0,8 м/с за счет снижени температуры газов до 5°С. Последний участок был собран из трубок 3 с наружным
диаметром 15 мм, которые были размещены в шахматном пор дке (на чертеже не
показано) по ходу потока газа и уменьшали проходное сечение теплообменного аппарата 2
на ?20% относительно третьего участка 6. При прохождении последнего участка
температура газов уменьшилась до 5°С, что вл етс практическим порогом
использовани воды в качестве рабочей жидкости. При этом рабоча жидкость нагревалась
до 85°С и направл лась в водогрейные котлы котельной, уменьша энергозатраты на
нагрев воды, наход щейс в этих котлах. Длина в данном примере теплообменного
аппарата 2 по ходу потока газов составила 2,30 м.
Предлагаемый способ, использующий наиболее оптимальный режим работы дл утилизации тепла, позвол ет значительно уменьшить габариты используемого
теплообменного аппарата, снизить его стоимости и расширить область его применени за
счет использовани потоков газов со скоростью ниже 50 м/с.
Формула изобретени 1. Способ утилизации тепла газов, включающий отвод потока газов и направление его
внутрь теплообменного аппарата по подвод щему патрубку, прохождение этого потока
между теплопередающими устройствами, размещенными внутри теплообменного
аппарата, отвод тепла от газа к рабочей жидкости, циркулирующей внутри
теплопередающих устройств, которые разбиты на отдельные участки с увеличением
теплопередающих устройств от одного участка до соседнего по мере движени потока
газов, отличающийс тем, что определ ют скорость потока газов в подвод щем патрубке,
после чего подбирают поперечное сечение теплообменного аппарат и поперечное сечение
Страница: 7
CL
RU 2 300 653 C1
5
10
подвод щего патрубка в зоне их соединени так, чтобы довести скорость потока газов в
теплообменном аппарате до оптимальной дл отвода тепла от газов к рабочей жидкости,
при этом поток рабочей жидкости последовательно передаетс от участка к участку
теплообменных устройств в направлении, обратном движению отработанных газов за счет
того, что суммарное гидродинамическое сопротивление теплопередающих устройств
каждого из участков аналогично, причем скорость потока газов при прохождении через
участки теплообменного аппарата поддерживаетс оптимальной за счет уменьшени живого сечени теплообменного аппарата на каждом из участков и/или увеличени количества теплопередающих устройств в каждом участке.
2. Способ утилизации тепла отработанных газов по п.1, отличающийс тем, что
конденсат, скапливающийс в теплообменном аппарате, периодически сливают.
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
155 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа