Панельний струминний повітропідігрівач

Изобретение относится к конструкции теплообменников (рекуператоров) вообще и воздухоподогревателей, в частности, в которых оба теплоносителя является газами, а именно: к плоским (панельным) струйным воздухоподогревателям, предназначенным для нагрева обогащенного кислородом дутьевого воздуха за счет утилизации теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей. Воздухоподогреватели могут быть использованы для оснащения ими нагревательных и плавильных печей в машиностроении и металлургии. Подогрев воздуха, идущего на горение, позволяет экономить 20 - 40% топлива. Как известно, в горении топлива участвует окислитель-кислород, которого в атмосферном воздухе только 21%. Остальные 79% это в основном азот, который не участвует в горении и является балластом. Существующие конструкции рекуператоров предназначены для нагрева всего атмосферного воздуха, включая балласт. В качестве прототипа выбран воздухоподогреватель [1], содержащий две последовательно соединенные между собой камеры, выполненные в виде панелей. Каждая из них содержит корпус, в котором расположены перфорированная решетка, коллекторы холодного атмосферного и нагретого воздуха, каждая из которых присоединена к своему коллектору, и патрубки для подвода и отвода воздуха. Камера нагретого воздуха ограничена перфорированной решеткой, параллельно ей размещенной тепловоспринимающей поверхностью и стенками корпуса. Камера нагретого воздуха сообщается с коллектором нагретого воздуха посредством зазоров между боковыми стенками корпуса и камерой холодного воздуха. Отверстия перфорации в решетке размещены в шахматном порядке, причем расстояние между перфорированной решеткой и тепловоспринимающей поверхностью и шаг между отверстиями превышают диаметр последних в 4 ... 6 и 4 ... 8 раз. Известные устройства предназначены для нагрева всего атмосферного воздуха, (т.е. включая балласт), а разделение воздуха необходимо производить в отдельном аппарате. Вследствие того, что разделение воздуха и его нагрев происходит в разных аппаратах им присущи громоздкость, большая удельная металлоемкость, дополнительные потери энергии. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования струйного панельного воздухоподогревателя, в котором путем введения узла для разделения атмосферного воздуха перед нагревом на два потока -обогащенный кислородом воздух и обедненный кислородом воздух, обеспечивается нагрев только обогащенного кислородом воздуха, за счет этого при подаче такого нагретого и обогащенного кислородом воздуха на печные горелки интенсифицируется процесс горения и экономится природный газ. Поставленная задача решена тем, что панельный струйный воздухоподогреватель, содержащий корпус, в котором расположены коллекторы холодного атмосферного и нагретого воздуха, камера холодного воздуха, ограниченная перфорированной решеткой и стенками коллекторов, и камера нагретого воздуха, ограниченная перфорированной решеткой и параллельной ей размещенной тепловоспринимающей поверхностью, и присоединенную к корпусу крышку, на которой размещены патрубками для подвода и отвода воздуха, согласно изобретению, содержит дополнительный, граничащий с камерой холодного воздуха коллектор отработанного воздуха с отводящим патрубком, а стенки коллекторов холодного атмосферного и отработанного воздуха, ограничивающие камеру холодного воздуха, установлены под острым углом к перфорированной решетке и снабжены отверстиями, в которых параллельно перфорированной решетке закреплены трубы с отверстиями на боковой поверхности, заполненные полыми цилиндрическими диффузионными волокнами. Вследствие установки в камере холодного воздуха труб с отверстиями на боковой поверхности, заполненных полыми цилиндрическими диффузионными волокнами, поступающий из коллектора холодного воздуха атмосферный воздух разделяется на два потока - обогащенный кислородом воздух и обедненный кислородом воздух (отработанный воздух). Обога щенный кислородом воздух через отверстия на боковой поверхности эти х тр уб поступает в камеру холодного воздуха, а затем через перфорированную решетку попадает в камеру нагретого воздуха, натекает на теплообменную поверхность, нагревается, и через коллектор нагретого воздуха и патрубок для отвода воздуха подается потребителю. А обедненный кислородом воздух попадает в коллектор отработанного воздуха и через отводящий патрубок выбрасывается в атмосферу. Таким образом подогревается только обогащенный кислородом воздух, что улучшает его свойства как окислителя за счет большего количества кислорода и способствует интенсификации процесса горения и экономии природного газа. На фиг.1 представлен поперечный разрез А - А, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - продольное сечение Б - Б. Панельный струйный воздухоподогреватель содержит корпус, в котором расположены коллекторы холодного атмосферного воздуха 1 и нагретого воздуха 2, камера холодного воздуха 3, ограниченная перфорированной решеткой 4, стенками коллекторов 5, 6, 7, 8 и крышкой корпуса 9. В корпусе расположены также камера нагретого воздуха 10, ограниченная перфорированной решеткой 4 и параллельно ей размещенной тепловоспринимающей поверхностью 11 и граничащий с камерой холодного воздуха 3 коллектор отработанного воздуха 12. На присоединенной к корпусу крышке 9 размещены патрубки для подвода воздуха 13, отвода нагретого воздуха 14 и отвода отработанного воздуха 15, сообщающиеся, соответственно, с коллектором холодного атмосферного воздуха 1, коллектором нагретого воздуха 2 и коллектором отработанного воздуха 12. Коллектор холодного атмосферного воздуха 1 образован стенками корпуса 16, 17 и 18, крышкой 9 и стенкой коллектора 7. Коллектор нагретого воздуха 2 образован боковыми стенками корпуса 15 и 17 с одной стороны и соответствующими стенками 5 и 6 камеры холодного воздуха 3, перемычкой 19, присоединенной к боковым стенкам 16 и 17 и к крышке 9. В крышке 9 в месте присоединения перемычки 19 расположены щели 20 для прохода нагретого воздуха. К перемычке 19 коллектора нагретого воздуха 14, Коллектор отработанного воздуха 12 образован стенками корпуса 15, 16 и 21, крышкой корпуса 9 и стенками коллектора 8. Стенки 7 и 9 коллекторов, соответственно, холодного атмосферного и отработанного воздуха, ограничивающие камеру холодного воздуха 3, установлены под острым углом к перфорированной решетке 4. Кроме того, стенки коллекторов 7 и 8 снабжены отверстиями 22, в которых параллельно перфорированной решетке 4 закреплены трубы 23 с отверстиями 24 на боковой поверхности, заполненные полыми цилиндрическими диффузионными волокнами 25. Воздухоподогреватель работает следующим образом. Холодный атмосферный воздух подают через патрубок 13 в коллектор холодного атмосферного воздуха 1, отк уда он через отверстия 22 стенки коллектора 7 поступает в трубы 23, заполненные полыми цилиндрическими диффузионными волокнами 25. Проходя через волокна, воздух разделяют на два потока: первый - вследствие диффузии проходит по нормали к оси волокон и, обогащенный кислородом до 30 - 40%, проходит через отверстия 24 боковой поверхности труб 23 и поступает в камеру холодного воздуха 3. Из камеры 3, пройдя через отверстия в перфорированной решетке 4, воздух стр уями натекает на тепловоспринимающую поверхность 11, нагревается и через коллектор нагретого воздуха 2 и патрубок 14 уходит на горение. Второй поток воздуха, обедненный кислородом (отработанный), проходит вдоль оси внутри полых цилиндрических диффузионных волокон 25, собирается в коллекторе отработанного воздуха 12 и через патрубок 15 поступает на сброс (или на технологические нужды). Размещение стенок 7 и 8 под острым углом к перфорированной решетке 4 позволяет организовать эффективное охлаждение тепловоспринимающей поверхности 11 вблизи боковых стенок и тем самым исключить прогар по углам на стыке боковых стенок и тепловоспринимающей поверхности. В итоге повышается стойкость воздухоподогревателя. Размещение в отверстиях 22 наклонных стенок коллекторов 7 и 8 труб 23 с отверстиями 24 на боковых поверхностях, заполненных полыми цилиндрическими диффузионными волокнами 25, позволяет организовать в панельном струйном воздухоподогревателе разделение атмосферного воздуха на два потока обогащенного кислородом и обедненного (отработанного) воздуха. Причем поток обогащенного кислородом воздуха, пройдя через отверстия 24 труб 23, а затем через отверстия в перфорированной решетке 4, натекает на тепловоспринимающую поверхность 11, нагревается и отводится на горение. А о тработанный воздух не нагретым подается на сброс. Организация в одном устройстве процесса разделения воздуха и нагрева только обогащенного потока позволяет снизить удельную металлоемкость на единицу окислителя. Экономические и технические преимущества предлагаемого воздухоподогревателя состоят в том, что в нем происходит одновременно обогащение воздуха кислородом и последующий нагрев обогащенного воздуха. Использование для горения нагретого обогащенного кислородом воздуха интенсифицирует процессы горения, экономит природный газ. Ниже в таблице приведены показатели базового и заявляемого воздухоподогревателей. За базовый воздухоподогреватель принят модульный струйный рекуператор РМО 500, разработанный в Институте газа НАМ Украины. Анализ данных этой таблицы показывает, что в заявляемом воздухоподогревателе по сравнению с базовым объектом снизилась удельная металлоемкость с 0,86 до 0,77кг/м 3 (кислорода) и также объем уходящи х газов, уносящих физическое тело на 30%, то есть повысился коэффициент использования топлива. Расход топлива (природного газа) снизился на 20% при одинаковом уровне подогрева воздуха.