Рекуператор

Реферат: Винахід належить до рекуператорів з прямими трубчастими каналами і може бути використаний у печах для нагрівання і виплавки металу та в інших пічних агрегатах для підвищення ефективності використання палива шляхом підігріву повітря для горіння за рахунок використання теплоти відхідних газів. Запропонований рекуператор, встановлений у каналі відводу димових газів печі (димоході або димовій трубі), включає вхідний та вихідний повітряні короби. Між коробами, що встановлені в нішах димоходу, розміщені пучки нагрівних труб, розташовані в шаховому порядку. Всередині нагрівних труб коаксіально встановлені внутрішні повітряні труби зі спіральною перфорацією по всій довжині. Вздовж перфорованих труб в зазорі між ними та нагрівними трубами по всій довжині встановлені розпірки-завихрювачі прямокутної, трикутної або трапецоїдної форми, які встановлені під гострим кутом до осі нагрівних зовнішніх труб. Вихідний кінець внутрішніх труб закритий наглухо кришками. Перевагами запропонованого рішення є підвищення температури підігріву дуття при значному зниженні металоємкості рекуператора за рахунок інтенсифікації теплообміну конвекцією турбулентним вихорем імпактних (ударних) струменів, підвищення ресурсу експлуатації рекуператора за рахунок зниження температур нагрівної стінки, а також спрощення та здешевлення його конструкції. В результаті встановлення всередині нагрівної труби внутрішньої повітряної труби з отворами, розташованими по спіралі, та розпірок-завихрювачів вздовж неї забезпечується підвищення ефективності тепловіддачі конвекцією та підвищення температури підігріву UA 104396 C2 (12) UA 104396 C2 відхідного повітря дуття і за рахунок цього знижується металоємкість рекуператора та підвищується ресурс його експлуатації. UA 104396 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропозиція належить до рекуператорів з прямими трубчастими каналами. Рекуператор може бути використаний в печах для нагрівання та виплавки металу і в інших пічних агрегатах для підвищення ефективності використання палива шляхом підігріву повітря для горіння за рахунок використання теплоти відхідних газів. Відомий рекуператор подвійної циркуляції (Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. - М.: Металлургия, 1975. - С. 103-104). Рекуператор складається з двох коробів, в яких відомим способом змонтовані теплообмінні секції або одинична секція, а також повітропідводи та відводи. Теплообмінна секція складається із зовнішньої заглушеної труби та внутрішньої труби з відкритим кінцем, що розташовані коаксіально та прикріплені до повітряного короба. Повітроводи для охолоджуючого повітря та повітроводи для відведення гарячого повітря розташовані вертикально в окремих коробах. Зовнішні заглушені труби прикріплені до коробстана з повітроводом для відведення гарячого повітря, а внутрішні труби з відкритим кінцем (соплом) прикріплені до повітроводу охолоджуючого повітря та більші за довжиною, ніж зовнішні глухі труби. Для компенсації термічного розширення металу короби труби знизу розміщені на металевій пластині, що встановлена на піщаному затворі. Відомий рекуперативний теплообмінник (Патент РФ 2246088, МПК F28D 1/047, F23L 15/04, 2003 p.), який включає сітчастий кожух для попередження налипання на змійовики грудок, наприклад, бітуму, та розташований всередині кожуха короб. У коробі радіально встановлені змійовики (два або декілька) з отворами, що з'єднані двійниками, при цьому змійовики мають один спільний впускний та один випускний патрубки, що виведені за стінку короба. Вздовж осі короба встановлена перфорована труба для відведення нагрітого теплоносія з додатковим випускним патрубком, який також виведений за стінку короба. У відомих пристроях для забезпечення та інтенсифікації теплообміну застосовано складну систему патрубків та змійовиків з отворами, що призводить до подорожчання та збільшення габаритних розмірів рекуператорів, вимагає додаткових заходів для компенсації термічного розширення металу труб. Пристрої мають велику металоємкість, є складними у виготовленні, при складанні та обслуговуванні. За сукупністю вказані недоліки унеможливлюють розміщення відомих теплообмінників в каналах відхідних димових газів металургійних печей. В основу винаходу поставлена задача удосконалення рекуператора, в якому в результаті встановлення всередині нагрівної труби внутрішньої перфорованої труби з отворами, розташованими по спіралі, та розпірок-завихрювачів вздовж неї забезпечується підвищення ефективності тепловіддачі конвекцією та підвищення температури підігріву відхідного повітря дуття та за рахунок цього знижується металоємкість рекуператора і підвищується ресурс його експлуатації. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в рекуператорі, який включає розташовані у коробі нагрівні труби та внутрішню повітряну перфоровану трубу, згідно з винаходом, всередині кожної нагрівної труби коаксіально встановлена внутрішня повітряна труба, перфорація якої виконана по всій її довжині спіральною, а вздовж перфорованих повітряних труб у зазорі між ними і нагрівними трубами встановлені розпірки-завихрювачі, що розміщені під гострим кутом до осі труб, при цьому усі труби в коробі встановлені у шаховому порядку. Сукупність ознак відмінності забезпечує підвищення ефективності тепловіддачі конвекцією за рахунок формування турбулентного вихору з імпактних (ударних) струменів із розташованих по спіралі перфорованих отворів та додаткове підвищення ефективності тепловіддачі конвекцією за рахунок закручування сформованого вихра при обтікання розпірок-завихрювачів. Використання кріплення внутрішньої повітряної перфорованої труби до зовнішньої труби за допомогою розпірок-завихрювачів, що повернуті під гострим кутом до неї, має подвійне призначення. Окрім, власне, надання вставці жорсткості та запобігання її прогинанню при великих діаметрах та довжинах труб, кріплення створює додатковий турбулізуючий ефект спільно із ефектом від розміщення перфорації по спіралі. За рахунок закручування вихору імпактних (ударних) струменів розпірками-завихрювачами спільно із впливом спіральної перфорації забезпечується удар по охолоджуваній поверхні під кутами, що близькі до оптимальних для досягнення максимально ефективної тепловіддачі. Порівняно компактні розміри рекуператора дозволяють розмістити його (кілька секцій) в каналах відхідних димових газів металургійних та інших печей, де швидкість та температура цих газів максимальна, що дає можливість досягти високої ефективності рекуперації їх теплоти, економії палива, дозволяє підвищити термічний ККД печей, використовувати низькокалорійні палива. Підвищення ефективності охолодження нагрітої стінки рекуператора також підвищує ресурс його експлуатації та у сукупності з низькою металоємкістю дозволяє встановлювати його, як захисну секцію рекуператорів крупних промислових печей для оберігання найбільш гарячої частини їх трубних секцій від випромінювання передрекуператорного простору. 1 UA 104396 C2 5 10 15 20 25 30 35 На фіг. 1 зображений поздовжній розріз запропонованого рекуператора, на фіг. 2 показаний поперечний розріз рекуператора та розпірок-завихрювачів. Запропонований рекуператор встановлено у каналі відводу димових газів печі (димоході або димовій трубі). Рекуператор включає вхідний повітряний короб 1, встановлений в ніші димоходу в горизонтальній або вертикальній стінці, виконаний з відкритою стінкою-дифузором 2 та перфорованою вихідною стінкою 3. У протилежній стінці димоходу в ніші встановлено вихідний короб 4, виконаний з вхідною перфорованою стінкою 5 та вихідним повітроводом 6. Між розташованими у нішах димоходу вхідним 1 та вихідним 4 коробами в димоході розміщені пучки нагрівних зовнішніх труб 7, які розташовані у шаховому порядку. Один кінець пучка нагрівних труб 7 розташований в отворах вхідної перфорованої стінки 3 повітряного короба 1, протилежний кінець цього пучка розміщений в отворах вхідної перфорованої стінки 5 вихідного короба 4. Всередині нагрівних труб 7 коаксіально встановлені внутрішні повітряні труби 8. По всій довжині внутрішніх труб 8 по спіралі виконана перфорація 9 (отвори-сопла круглої, прямокутної або еліптичної форми однакового чи різного діаметра). Вздовж внутрішньої повітряної перфорованої труби 8 в зазорі між нею та нагрівною трубою 7 по всій довжині встановлені розпірки-завихрювачі 10 прямокутної, трикутної або трапецоїдної форми, встановлені під гострим кутом до осі труб 7. Вихідний кінець внутрішніх повітряних труб 8 закритий наглухо кришками 11. Рекуператор працює наступним чином. До димоходу із робочого простору печі подають нагріті димові гази. На шляху свого руху вони обтікають розташовані в шаховому порядку нагрівні труби 7 рекуператора, нагріваючи їх поверхню до заданої температури. У внутрішні повітряні перфоровані труби 8 по вхідному повітряному коробу 1 через дифузор 2 подають холодне повітря (20 °C). Це повітря при проходженні по внутрішніх повітряних трубах 8 формує турбулентний вихор із імпактних (ударних) струменів, котрі взаємодіють із нагрітою стінкою нагрівної труби 7, охолоджують її і нагріваються самі, чим забезпечують рекуперацію тепла відхідних димових газів. Спіральна перфорація внутрішньої поверхні труб 8 при витіканні повітря формує турбулізований вихор, який рухається вздовж зазору між нагрівними трубами 7 та внутрішніми повітряними трубами 8. Обтікання розпірок-завихрювачів 10 нагрітим повітрям забезпечує додаткову турбулізацію сформованого вихру. Нагріте від стінки нагрівної труби 7 повітря подають до системи підігріву дуття пальникових пристроїв по вихідному повітроводу 6. Пропозиція дозволяє виконати рекуператор компактних розмірів, зменшити його металоємкість, значно спростити конструкцію у порівнянні із прототипом, а також інтенсифікувати тепловіддачу конвекцією. До переваг запропонованого рішення відносять підвищення температури підігріву дуття при значному зниженні металоємкості рекуператора за рахунок інтенсифікації теплообміну конвекцією турбулентним вихром імпактних (ударних) струменів, збільшення ресурсу експлуатації рекуператора за рахунок зниження температур нагрівної стінки, а також спрощення та здешевлення його конструкції. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 Рекуператор, що включає розташовані в коробі нагрівні труби та внутрішню повітряну перфоровану трубу, який відрізняється тим, що кожна нагрівна труба має свою внутрішню повітряну перфоровану трубу, яка встановлена всередині нагрівної труби коаксіально їй, перфорація внутрішньої перфорованої повітряної труби виконана по всій її довжині спіральною, а вздовж внутрішніх перфорованих повітряних труб в зазорі між ними і нагрівними трубами встановлені розпірки-завихрювачі, що розміщені під гострим кутом до осі труб, причому усі труби в коробі встановлені у шаховому порядку. 2 UA 104396 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3