CS268440B1 - Výměník tepla s alespoň jedním spalinovým tahem - Google Patents

Abstract

Žhavé spaliny obsahující kondenzující emise se průtokem ve výměníku ochlazují rychlostí nejméně 500 QC za sekundu, přičemž při této rychlosti ochlazování spalin se kondenzace plynné fáze emisí přes fázi kapalnou na fázi pevnou uskutečňuje dostatečně rychle, tvoří se prachový pevný kondenzát a nevzniká nebezpečí nátavů na výměníkových výhřevných plochách. Povrch výměníkové výhřevné plochy na straně spalin se prachem vykondenzovaných emisí neznečišíuje, nebol úsady jsou kontinuálně automaticky odstraňovány lineárním pohybem čisticích přepážek ve výměníku bez přerušení průtoku spalin výměníkem. Prouděním spalin jsou úsady, odstraněné z povrchu výměníkové výhřevné plochy, odváděny ve vznosu z tepelného výměníku.

Description

Vynález se týká výměníku tepla s alespoň jedním spalinovým tahem k získávání odpadního tepla ze spalin u průmyslových pecí, zejména u sklářských tavících pecí, které obsahují páry těkavých složek, kondenzujících po ochlazení spalin, obzvláště PbO, Β₂0_? a As₂0₃·

Jsou známy různé způsoby získávání odpadního tepla ze spalin průmyslových pecí. Používají se různé konstrukce regenerátorů nebo rekuperátorů pro ohřev technologického vzduchu. Je-li teplota spalin, odcházejících z regenerátorů nebo rekuperátorů dostatečně vysoká, tj. nad rosným bodem složek v nich obsažených nebo jsou-li spaliny čisté, používají se pro získávání zbytkového tepla z kouřových plynů spalinové kotle pro výrobu páry nebo horké vody. Použití spalinových kotlů při znečištěných spalinách a v těch případech kdy se ze spalin po jejich ochlazení vylučují kondenzáty, v praxi naráží na provozní potíže, protože teplosměnné plochy kotlů se ve zvýšené míře zanášejí úsadami.

Při tavení tepelně nestabilních sklovin, například olovnatých, boritých nebo například při hutním zpracování kovů a rud, těkají nebo práší některé složky vsázky nebo taveniny, například PbO, B₂0j, ^⁵2θ3 ^a jiⁿ^> které ve formě prachu nebo par odcházejí spolu s kouřovými plyny odtahovými cestami do komína. Tyto exhaláty, obzvláště pokud jsou toxické, zamořují okolí výrobních závodů a jejich koncentrace mnohdy překračuje povolenou hranici. Páry těkavých látek ochlazením spalin pod rosný bod kondenzují na kapalnou a'pevnou íázi, usazují se nebo se natavují v tahových cestách. Postupně tak dochází k zužování tahových cest a snižuje se účinnost tepelných výměníků, které se zanášejí kondenzáty a prachem. Ruční odstraňování těchto úsad, například PbO a jiných, představuje obtížnou a hygienicky závadnou manipulaci s toxickými látkami.

Je známo zařízení na využití odpadního tepla ze spalin, obsahujících páry těkavých emisí, kde regenerátor nebo rekuperátor pece je s odtahovým komínem propojen přes kouřovod, mokré odlučovací zařízení, aerosolový odlučovač kapek a ventilátor, přičemž na mokré odlučovací zařízení je připojen spotřebič tepla. Zařízení má zvýšené nároky na zastavěný prostor, je konstrukčně poměrně složité, investičně náročné, vyžaduje vyšší spotřebu elektrické energie, zvláštní obsluhu, je zdrojem páry, kterou je nutno odsávat a zachycené kaly s obsahem toxických látek je nutno sedimentovat, filtrovat a sušit.

Také je známo zařízení na získávání odpadního tepla ze spalin, obsahujících těkavé emise, které funguje tak, že do proudu spalin vystupujících z pece se řízené přisává studený vzduch za účelem ochlazení spalin pod teplotu rosného bodu par emisí v nich obsažených, zpravidla pod 500 °C, potom se ochlazením vyloučené prachové kondenzáty zachycují v elektrostatickém filtru. Zbytkové odpadní teplo z čistých spalin se získává k technologickým účelům nebo k vytápění pomocí spalinového kotle běžné konstrukce. Popsané zařízení s přisáváním studeného vzduchu do žhavých spalin za účelem jejich ochlazení na teplotu, kterou je limitován provoz elektrostatického filtru, je energeticky nevýhodné, protože ředěním spalin se snižuje jejich teplotní potenciál. Zařízení je náročné na spotřebu elektrické energie, zejména pro odsávání zvětšeného objemu zředěných spalin a vyžaduje zvýšené investiční a provozní náklady na elektrostatický filtr. Využití odpadního tepla ze zředěných a ochlazených spalin je poměrně nízké.

Dále je známo zařízení na využití odpadního tepla ze spalin u plynem otápěné pece pro tavení olovnatého skla·, čs. autorského osvědčení č. 195 050. Zařízení je instalováno za radiační kovový rekuperátor pece a funguje tak, že spaliny s obsahem těkavých emisí, zejména PbO a As₂0j proudí tvarovaným kouřovodem, obepínajícím pomalu rotující válcový dutý dvoupláštový výměník tepla, který je mezi plášti naplněn ohřívanou vodou primárního okruhu. Ve štěrbině tvarovaného kouřovodu mimo proud spalin je umístěna sada stíracích nožů, kterými se kontinuálně odstraňují z otočného výměníku vykondenzované a usazené nánosy. Vstupní teplota spalin do popsaného výměníku je blízká teplotě rosného bodu par PbO. Seškrabané usazeniny PbO padají svodným potrubím do zásobníku. Zařízení nepotřebuje zvláštní obsluhu, není náročné na elektrickou energii, pracuje v podmínkách samotahu komína a čištění teplosměnné plochy spalinového výměníku je automatické. Nevýhodou zařízení je jeho vysoká investiční náročnost a nároky na stavební prostor. Tepelný zisk

268 440 Bl popsaného zařízení je nízký vzhledem k omezené teplosměnné ploše otočného válcového výměníku. Ze zařízení odcházejí spaliny značně teplé. Odlučování zkondenzovaných škodlivých emisí ze spalin je nedostatečné, protože část prachových kondenzátů se v tepelném výměníku nezachytí a je unášena ve vznosu do komína a do ovzduší ve formě dýmu.

Uvedené nevýhody získávání odpadního tepla ze spalin průmyslových pecí, obsahujících kondenzující emise, se odstraní nebo podstatně omezí výměníkem tepla podle vynálezu tak, že žhavé spaliny, odcházející z odtahového systému pece se intenzivně ochladí rychlostí nejméně 500 °C za sekundu, přičemž při této vysoké rychlosti ochlazování spalin se přechod kapalné fáze emisí na fázi pevnou uskutečňuje bez nebezpečí nátavů na teplosměnných plochách a vylučuje se nelepivý dým a prach kondenzátů převážně v jádru ochlazovaného proudu spalin. Povrch teplosměnných ploch výměníku tepla podle vynálezu se vykondenzovaným prachem emisí neznečišťuje, protože je kontinuálně udržován čistý pomocí čisticího mechanismu podle vynálezu.

Pomocí výměníku tepla podle vynálezu lze spaliny ochladit na dostatečně nízkou teplotu, která již není nebezpečná pro účinnou filtraci spalin pomocí tkaninového filtru. Zařízením podle vynálezu lze dosáhnout vysoké využiti tepla spalin, není náročné na zastavěný prostor, má malou náročnost na elektrickou energii a jeho pořizovací hodnota je ve srovnání se známými zařízeními nízká.

Příkladné provedení výměníku tepla podle vynálezu k získávání tepla ze spalin průmyslových pecí je dále popsáno a schematicky znázorněno na připojených obrazech, kde na obr. 1, 2 jsou podélné řezy tepelného výměníku a na obr. 3 je řez čisticím elementem.

Výměník tepla podle obr. 1 a 2 sestává z výměníkové výhřevné plochy 2, tvořené například Fieldovými trubkami, která je zapojena mezi vstupní £ a výstupní χ komoru ohřívaného média, například vody. Dále sestává z pláště χ, který zahrnuje vstupní 2 a výstupní £ hrdlo spalin a obratové spalinové komory 12. Spalinové tahy 13 jsou tvořeny tahovými přepážkami ]_, pláštěm £ a obratovými komorami 12 V každém spalinovém tahu £3 je umístěna čisticí přepážka £4, která je lineárně pohyblivá ve směru alespoň jedné z povrchových přímek výměníkové výhřevné plochy £· Čisticí přepážky 14 jsou napojeny na lineární pohonné zařízení £ pomocí táhel £ a příčníku £1, který je veden v nosné konstrukci 10. Čisticí přepážka £4 je tvořena nosnou deskou 15 s otvory, kterými procházejí například trubky 2 výměníkové výhřevné plochy. Kolem každé trubky 2 j^e navlečen stírací element 16, provedený například jako plovoucí kroužek, přidržovaný třmeny 17, nebo je například možné uložení stíracích elementů 16 mezi dvojicí nosných desek £5, tvořících čistící přepážku 14.

Zařízení podle vynálezu funguje následovně: Žhavé spaliny obsahující páry těkavých emisí nebo prach jsou přivedeny vstupním hrdlem 5 do tepelného výměníku, ve kterém turbulentně proudí okolo trubic 2 výměníkové výhřevné plochy, obracejí směr proudění v obratových komorách 12 a vystupují z tepelného výměníku výstupním hrdlem £. Průchodem spalin výměníkem tepla se dosahuje při vysokém koeficientu přestupu tepla na straně spalin intenzivní zchlazení spalin rychlostí nejméně 500 °C za sekundu, při této vysoké rychlosti ochlazování spalin se v jádru proudu spalin i na povrchu teplosměnných trubic 2 vylučuje prachový kondenzát. Usazeniny, vykondenzované na povrchu teplosměnných trubic 2 jsou z jejich povrchu automaticky mechanicky odstraňovány lineárním pohybem čisticích přepážek 14 a ve formě prachu jsou prouděním spalin unášeny ve vznosu do výstupního hrdla £ výměníku tepla, potom spaliny mohou být čištěny následně v neznázorněném tkaninovém filtru. Čisticí přepážky £4 mají svůj pohyb ohraničen rozměrem spalinového tahu 13 a umožňují v každé poloze svého pohybu průchod spalin výměníkem tepla.

Claims (3)

1. PŘEDMŽT VYNÁLEZU

   1. Výměník tepla s alespoň jedním spalinovým tahem, sestávající ze vstupního a výstupního hrdla spalin, výměníkové výhřevné plochy, pláště, vstupní a výstupní komory ohřívaného média, obratových spalinových komor a tahových příček, vyznačující se tím, že alespoň v jednom spalinovém tahu (13) je umístěna nejméně jedna lineárně pohyblivá čisticí přepážka (14), spojená s lineárním pohonným zařízením (9).
2. 2. Výměník tepla podle bodu 1, vyznačující se tím, že čisticí přepážka (14) sestává z alespoň jedné nosné desky (15) a stíracích elementů (16) k ní pohyblivě připojených.
3. 3. Výměník tepla podle bodu 1, vyznačující se tím, že tahové přepážky (7) jsou tvořeny přímo čisticími přepážkami (14). .