183298. lajstromszámú szabadalom • Közvetítőközeges hőcserélő forró közegek, főképp korrózív füstgázok hőtartalmának hasznosítására
1 183 298 2 A találmány tárgya közvetítőközeges hőcserélő forró közegek, főképp korrozív füstgázok hőtartalmának hasznosítására. A magas energiaárak és az energiahordozó-készletek mind korlátozottabbá válása szükségessé teszi a füstgázokban rejlő hulladékhő hasznosítását. Az égéstermékek hőtartalrpának visszanyerésére sokféle berendezés ismert, ilyenek például a sima- és bordáscsöves, lemeztáskás, öntöttvas-tagos és forgó regeneratív hőcserélők. Mindezek közös jellemzője, hogy a korrozív füstgázoknak csak rövid ideig állnak ellen, mert fémanyaguk hőmérséklete még a gazdasági optimumnál magasabb hőmérsékleten távozó füstgázoknál is helyileg a savharmatpont alá kerül, s ezáltal egyrészt élettartamuk csökken, másrészt hőtechnikai hatékonyságuk romlik. Ilyen hőcserélő berendezéseket ismerteinek a Palkovics Sz.: Hőcserélő-berendezések hőtechnikaí méretezése, Tankönyvkiadó V., Budapest 1979. és London and Kays: Compact Heat Exchangers, McGraw-Hill, New York, 1964. szakkönyvekben és a Journal of the Institute of Energy 1980. szeptemberi számában, a 124—133. oldalakon. A korróziós okok miatt a jelenlegi hőcserélőket nem is lehet a hőtechnikaí optimumra méretezni — ami a hulladékhő legkedvezőbb visszanyerését biztosítaná —, és még ezeknél a hőcserélőknél is különleges, drága megoldásokat szoktak alkalmazni a korrózióveszéllyel járó hőmérséklet-tartományban: saválló anyagokat, védőbevonatokat, előmelegítő gőzkalorifereket. Ilyen megoldásokat ismertetnek a VEIKI Közlemények 1974. évi számában a 337-348. oldalakon és az Energia és Atomtechnika 27. évf. 2. számában a 64—73. oldalakon. A találmány megalkotásakor olyan hőcserélőt kívántunk létrehozni, amely egyrészt különleges anyagok alkalmazása nélkül lehetővé teszi forró közegek, főképp korrozív füstgázok hőtartalmának hasznosítását a korrózióveszély csökkentése mellett, másrészt alacsony hőmérséklet-tartomány kihasználásával, olcsó berendezéssel növeli a hulladékhő-hasznosítás hatékonyságát. A találmány tehát közvetítőközeges hőcserélő forró közegek, főképp korrozív füstgázok hőtartalmának hasznosítására, amely hőcserélőnek a forró közeget vezető első csatornája és a felmelegítendő közeget vezető második csatornája van, ahol a forró és a felmelegítendő közeg a közvetítőközeg útján van egymással hőközlő kapcsolatban. A találmányt az jellemzi, hogy a közvetítőközeggel részben megtöltött zárt csöve vagy zárt csövekből álló csőkötege van, amely cső vagy csőköteg hőfelvevő része az első csatornában, hőleadó része a második csatornában van, továbbá az első és a második csatorna között a csövet vagy csőköteget tartó hőszigetelt csőtábla van elhelyezve. A találmány szerinti hőcserélőnél a forró, korrozív közeggel érintkező felületek hőmérséklete mindig a savharmatpont felett marad, függetlenül a felmelegítendő közeg hőmérsékletétől. Ezáltal a korrózióveszély jelentősen csökken. A találmány egy előnyös kiviteli alakjában a csőtábla fémlemezek, célszerűen acéllemezek között lévő hőálló betonból van. A közvetítőközeget tartalmazó cső vagy csőköteg a vízszintessel 4—90°-os szöget zár be. A zárt cső vagy a csőköteg zárt csövei hideg állapotban 20—50 téri'/-ban van(nak) megtöltve a közvetítőközeggel. A közvetítőközeg lehet pl. víz, difenil vagy akár folyékony nátrium. Olcsósága miatt különösen előnyös a víz alkalmazása, ez esetben a csövet vagy a csőköteg csöveit hideg állapotban 25 —40 térf%-ban célszerű vízzel megtölteni. Azáltal, hogy a találmány szerinti megoldásban a cső vagy csőköteg hőfelvevő (fűtött) része és hőleadó (hűtött) része gáztömör módon van egymástól elválasztva, mind a fűtött, mind pedig a hűtött résznél a közeg önmagukban ismert terelőlemezek elhelyezésével tetszőleges módon áramoltatható. Célszerű lehet az olyan kialakítás, ahol a forró közeg, illetve a felmelegítendő közeg a zárt cső körül vagy a csőköteg zárt csövei között többször van átáramoltatva. A forró közeg és a felmelegítendő közeg egymáshoz képest akár egyen-, akár ellenáramban áramoltatható. A találmányt a továbbiakban a rajzokon szemléltetett előnyös kiviteli alakok alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra a találmány szerinti hőcserélő egy kiviteli alakjának vázlatos rajza, a 2. ábra az Lábra A—A vonal mentén vett metszeti részletrajz, és a 3. ábra a találmány szerinti hőcserélő egy kiviteli alakjánál a levegő oldali hőátadási tényező diagramja. Az 1. ábrán a lehűtendő forró közeget, például füstgázt 10 csatornában vezetjük, a feimeiegítendő közeget, például levegőt pedig 11 csatornában. A két közeg közötti hőkapcsolatot közvetítőközeggel részben megtöltött zárt 3 csövekből álló 2 csőköteg biztosítja, amelynek hőfelvevő 1 része a 10 csatornába nyúlik be, hőleadó 4 része pedig a 11 csatornába. A 2 csőköteg hőfelvevő' 1 -észét és hőleadó 4 részét egymástól hőszigetelt 5 csőtábla választja el, amely 5 csőtábla egyben a 2 csőköteg ‘artására is szolgál. Az 5 csőtábla 12 fémlemezek, például acéllemezek között elhelyezett hőálló 13 betonból áll. Az 5 csőtábla tökéletesen meggátolja a forró közeg átszökését a felmelegítendő közeg 11 csatornájába. A forró közeg a 10 csatorna 6 helyén lép be a hőcserélőbe, körüláramolja a 2 csőköteg hőfelvevő 1 részét, majd a 10 csatorna 7 helyén távozik. A felmelegítendő közeg a 11 csatorna 8 helyén lép be, körüláramolja a 2 csőköteg hőleadó 4 részét, majd a 11 csatorna 9 helyénél tívozik. Látható, hogy ennél a kiviteli alaknál a forró és a felmelegítendő közeg egymáshoz képest egyenáramban áramlik. Lehetséges azonban — sőt egyes esetekben előnyös — az ellenáramú elrendezés. A hőcsere során a 2 csőkötegben lévő közvetítőközeg, például víz az 1 részben elpárolog, a 4 részben pedig lecsapódik, továbbítva ilyen módon a forró közeg hőtart;Jmát a feimeiegítendő közegnek. A víz a 2 csőköteg 3 csöveit üzemen kívüli hideg állapotban kb. 1/3 részben tölti meg. A 4 csőköteg a vízszinteshez képest a szögben van elhelyezve, amely célszerűen 4-90° közötti értékű. A 2. ábrán látható a 2 csőkötegben lévő 3 csövek elhelyezkedése. Az ábrázolt kísérleti berendezésnél a 3 csövek hossza 2850 mm, külső átmérője 22 mm, falvastagsága 2 mm. A 3 csövek elrendezése az alábbi méretekkel történt: a=26 mm, b=185 mm, c=237 mm, d=222 mm. A forró füstgáz tömegárama lkgs'1, a felmelegítendő levegőé 0,9 kgs'1, a hasznosított hulladékhő teljesítménye 44,3 kW volt. Eme kísérleti berendezés levegő oldali hőátadási tényezőjét a 3. ábra mutatja a levegő sebességének függvényében. Az/ görbe a számított tervezési érték, az e görbe a mérések eredménye. Látható, hogy a hőcserélő be endezés hőátadása lényegesen jobb a tervezettnél. A találmány szerinti hőcserélőt az ábrázolttól elté-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
