Радіаційний рекуператор

Реферат: Винахід належить до конструкцій рекуператорів і може бути використаний для підігріву повітря в печах машинобудування, будівельної та хімічної промисловості. Рекуператор встановлюють на зовнішній поверхні печі. Він містить циліндричний корпус, в якому співвісно встановлено циліндричну обичайку, яка утворює з корпусом периферійний кільцевий повітряний канал. Всередині циліндричної обичайки співвісно встановлено дві коаксіальні труби - центральна та периферійна, з зазором між собою, які утворюють центральний повітряний кільцевий канал. В нижній частині корпусу встановлено вхідний повітряний патрубок, з'єднаний з центральним повітряним кільцевим каналом, та вихідний повітряний патрубок, з'єднаний з периферійним кільцевим повітряним каналом. Всередині центральної труби виконано циліндричний канал продуктів згоряння, оснащений випромінювачем, який виконаний у вигляді радіальних пластин, що перетинаються. Центральний та периферійний повітряні кільцеві канали з'єднані між собою перепускними трубами. Циліндрична обичайка та периферійна труба утворюють кільцевий канал продуктів згоряння, в якому встановлено допоміжні випромінювачі, виконані у вигляді пласких радіальних ребер. Рекуператор футерований ізоляцією. Також випромінювач може бути виконаний у вигляді додаткової циліндричної обичайки, до зовнішньої поверхні якої приєднано пласкі радіальні ребра. Рекуператор, що пропонується, має більшу ефективну поверхню теплообміну "продукти згоряння - повітря" та температуру підігріву повітря, що забезпечує більшу рекуперацію теплоти в паливному циклі печі та менші витрати палива на її опалення. UA 103961 C2 (12) UA 103961 C2 UA 103961 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до конструкцій рекуператорів. Вона може бути використана для підігріву повітря в печах машинобудування, будівельної та хімічної промисловості. Відомий радіаційний рекуператор [Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. М.: Металлургия, 1975, стр. 128], що включає циліндричний корпус, в якому співвісно встановлено циліндричну обичайку, яка утворює з корпусом кільцевий повітряний канал, заглушений з двох сторін перегородками. В верхній та нижній частині до корпуса приєднано вхідний і вихідний повітряні патрубки. Відома конструкція характеризується низьким рівнем рекуперації теплоти та підігріву повітря через малу площу нагріву, оскільки повітря підігрівають тільки у кільцевому повітряному каналі з одностороннім обігрівом. 3 Відомий радіаційний рекуператор (Патент США № 4410037, М. кл. F28D 7/12; F28B 7/00, 1983), що включає циліндричний корпус, в якому співвісно встановлено циліндричну обичайку, яка утворює з корпусом периферійний кільцевий повітряний канал, дві коаксіальні труби центральну та периферійну, які співвісно встановлено з зазором між собою всередині циліндричної обичайки, що утворюють центральний повітряний кільцевий канал, заглушений з одного боку перегородкою і з'єднаний з периферійним повітряним кільцевим каналом перепускними трубами, вхідний повітряний патрубок, який з'єднаний з центральним повітряним кільцевим каналом, причому центральна труба є вхідним повітряним патрубком, вихідний повітряний патрубок, який з'єднаний з периферійним кільцевим повітряним каналом. Циліндрична обичайка та периферійна труба утворюють кільцевий канал продуктів згоряння, в якому встановлено випромінювач, який виконує роль допоміжної поверхні нагріву. Рекуператор футерований ізоляцією. Відомий рекуператор характеризується низькою ефективністю використання теплоти продуктів згоряння, оскільки кількість поверхонь нагріву у робочому просторі димового каналу є обмеженою, а їх розміщення - неефективним. В основу пропозиції поставлена задача удосконалення конструкції радіаційного рекуператора, в якому в результаті виконання всередині центральної труби циліндричного каналу продуктів згоряння, де розміщено випромінювач, та встановлення у кільцевому каналі продуктів згоряння допоміжних випромінювачів, забезпечується збільшення поверхні теплообміну "продукти згоряння-повітря", а також збільшення теплового потоку до стінок рекуператора за і рахунок цього збільшується температура підігріву повітря. Поставлена задача вирішена, завдяки тому, що радіаційний рекуператор, що містить циліндричний корпус, в якому співвісно встановлено циліндричну обичайку, що утворює з корпусом периферійний кільцевий повітряний канал, дві коаксіальні труби - центральну та периферійну, які співвісно встановлено з зазором між собою всередині циліндричної обичайки, що утворюють центральний повітряний кільцевий канал, з'єднаний з периферійним повітряним кільцевим каналом перепускними трубами, вхідний повітряний патрубок, який з'єднаний з центральним повітряним кільцевим каналом, вихідний повітряний патрубок, який з'єднаний з периферійним кільцевим повітряним каналом, кільцевий канал продуктів згоряння, утворений циліндричною обичайкою та периферійною трубою, і випромінювач, згідно з пропозицією, всередині центральної труби розташовано додатковий циліндричний канал продуктів згоряння та випромінювач, виконаний у вигляді радіальних пластин, що перетинаються, причому у кільцевому каналі продуктів згоряння розміщені допоміжні випромінювачі, виконані у вигляді пласких радіальних ребер. Додатковою відмінною ознакою є те, що випромінювач виконаний у вигляді додаткової циліндричної обичайки, до зовнішньої поверхні якої приєднано пласкі радіальні ребра. Відмінні ознаки дають можливість вирішити поставлену задачу завдяки тому, що в запропонованій конструкції розміщення додаткового циліндричного каналу продуктів згоряння всередині центральної труби забезпечує збільшення поверхні теплообміну "продукти згоряння повітря". Збільшення ефективності теплообміну в рекуператорі забезпечують також за рахунок розміщення випромінювача у центральному каналі продуктів згоряння, що має більший кутовий коефіцієнт випромінювання у порівнянні з прототипом, та допоміжних випромінювачів - пласких радіальних ребер у периферійному кільцевому каналі продуктів згоряння. Згадані випромінювачі забезпечують збільшення сумарного теплового потоку до стінок каналів рекуператора. На фіг. 1 представлено переріз рекуператора площиною А-А, а на фіг. 2 вигляд зверху радіаційного рекуператора, що пропонується. На фіг. 3 представлено альтернативне виконання випромінювача в рекуператорі, який виконаний у вигляді циліндричної обичайки, до зовнішньої поверхні якої приєднано пласкі радіальні ребра. 1 UA 103961 C2 5 10 15 20 25 30 Рекуператор встановлюють на зовнішній поверхні 1 печі 2. Рекуператор містить циліндричний корпус 3, в якому співвісно встановлено циліндричну обичайку 4, яка утворює з корпусом периферійний кільцевий повітряний канал 5. Всередині циліндричної обичайки 4 співвісно встановлено дві коаксіальні труби - центральна 6 та периферійна 7, з зазором між собою, які утворюють центральний повітряний кільцевий канал 8. В нижній частині корпусу встановлено вхідний повітряний патрубок 9, з'єднаний з центральним повітряним кільцевим каналом 8, та вихідний повітряний патрубок 10, з'єднаний з периферійним кільцевим повітряним каналом 5. Всередині центральної труби 6 виконано циліндричний канал продуктів згоряння 11, оснащений випромінювачем 12, який виконаний у вигляді радіальних пластин, що перетинаються. Центральний та периферійний повітряні кільцеві канали з'єднані між собою перепускними трубами 13. Циліндрична обичайка 4 та периферійна труба 7 утворюють кільцевий канал продуктів згоряння 14, в якому встановлено допоміжні випромінювачі, виконані у вигляді пласких радіальних ребер 15. Рекуператор футерований ізоляцією 16. Також випромінювач 12 може бути виконаний у вигляді додаткової циліндричної обичайки, до зовнішньої поверхні якої приєднано пласкі радіальні ребра. Радіаційний рекуператор працює наступним чином. Високотемпературні продукти згоряння подають до нижньої частини рекуператора, де їх розподіляють між циліндричним каналом продуктів згоряння 11 та кільцевим каналом продуктів згоряння 14, де вони нагрівають стінки каналів, випромінювач 12 та допоміжні випромінювачі 15. Повітря через вхідний повітряний патрубок 9 подають до центрального повітряного кільцевого каналу 8, в якому його нагрівають, а потім подають через перепускні труби 13 до периферійного повітряного кільцевого каналу 5. Після проходження по периферійному повітряному кільцевому каналу нагріте повітря подають до вихідного повітряного патрубка 10. Для співставлення конструкцій прототипу та пропозиції в Інституті газу НАН України були проведені відповідні порівняльні розрахунки. їх проводили для радіаційних рекуператорів циліндричної форми, що мали однакові габаритні розміри: висота рекуператора Н = 3 м, діаметр 3 корпусу рекуператора D = 1,3 м. Витрати повітря через рекуператор складали 2200 нм /год., 3 витрати продуктів згоряння складали 2400 нм /год. Розрахунки проводили при двох різних режимах роботи рекуператора, що відрізнялися температурою продуктів згоряння на вході в 1 2 рекуператор: в першому режимі t g.en  900 C , в другому t g.en  1100 C , температура холодного повітря на вході в рекуператор в обох режимах складала ta,en  25 C . Дані, щодо збільшення ефективної поверхні теплообміну "продукти згоряння - повітря" для відомої конструкції рекуператора і конструкції, що пропонується, наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Ефективні поверхні теплообміну "продукти згоряння - повітря" рекуператора запропонованої конструкції та прототипу Найменування Прототип Пропозиція Ефективна поверхня теплообміну«продукти згоряння - повітря", м 16,2 27,4 2 35 З таблиці 1 видно, що при вказаних вище габаритах в запропонованій конструкції ефективна поверхня теплообміну«продукти згоряння - повітря" майже на 40 % більша, ніж у прототипу. Ефективність роботи радіаційних рекуператорів визначає температура підігріву повітря, t a,ex , °C. Результати розрахунків, щодо температури підігріву повітря для відомої конструкції 40 рекуператора і конструкції, що пропонується, наведено в таблиці 2. Таблиця 2 Температура підігріву повітря в рекуператорі запропонованої конструкції та прототипу Найменування Прототип Пропозиція Температура підігріву повітря t a,ex , °C Режим 1 Режим 2 290 390 355 460 2 UA 103961 C2 5 Результати розрахунків показали, що в порівнянні з прототипом в рекуператорі, що пропонується, збільшується температура підігріву повітря на 15-18 %. Рекуператор, що пропонується, має більшу ефективну поверхню теплообміну "продукти згоряння - повітря" та температуру підігріву повітря, що забезпечує більшу рекуперацію теплоти в паливному циклі печі та менші витрати палива на опалення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Радіаційний рекуператор, що містить циліндричний корпус, в якому співвісно встановлено циліндричну обичайку, що утворює з корпусом периферійний кільцевий повітряний канал, дві коаксіальні труби - центральну та периферійну, які співвісно встановлено з зазором між собою всередині циліндричної обичайки, що утворюють центральний повітряний кільцевий канал, з'єднаний з периферійним повітряним кільцевим каналом перепускними трубами, вхідний повітряний патрубок, який з'єднаний з центральним повітряним кільцевим каналом, вихідний повітряний патрубок, який з'єднаний з периферійним кільцевим повітряним каналом, кільцевий канал продуктів згоряння, утворений циліндричною обичайкою та периферійною трубою, і випромінювач, який відрізняється тим, що всередині центральної труби розташовано додатковий циліндричний канал продуктів згоряння та випромінювач, виконаний у вигляді радіальних пластин, що перетинаються, або додаткової циліндричної обичайки, до зовнішньої поверхні якої приєднано пласкі радіальні ребра, причому у кільцевому каналі продуктів згоряння розміщені допоміжні випромінювачі, виконані у вигляді пласких радіальних ребер. 3 UA 103961 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 4