НАСАДКА РЕГЕНЕРАТОРА Российский патент 1995 года по МПК F23L15/02 

Изобретение относится преимущественно к высокотемпературному нагреву воздуха и других газообразных теплоносителей, используемых в металлургии и энергетике.

Известна насадка [1], выполненная из огнеупорных кирпичей, образующих вертикальные и горизонтальные каналы. Увеличение турбулизации потока теплоносителя и поверхности нагрева в указанной насадке по сравнению с насадкой из обычных кирпичей со сплошными гладкими каналами для прохода газообразных теплоносителей незначительно и достигается за счет дополнительных цилиндрических поверхностей. Однако эти поверхности являются горизонтальными и с точки зрения интенсивности теплообмена значительно уступают вертикальным. Кроме того, в насадке [1] резко уменьшается аккумулирующая масса.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является насадка из огнеупорных кирпичей, образующих вертикальные и горизонтальные каналы, широкие боковые грани которых выполнены в виде трапеций с большим основанием сверху. Недостатками известной насадки являются недостаточно высокие значения степени турбулизации потока теплоносителя, а следовательно, и интенсивности теплообмена в насадке и относительной поверхности нагрева. Наличие горизонтальных проходов в такой насадке обуславливает резкое снижение аккумулирующей массы насадки и недостаточно устойчивое положение ее отдельных элементов, что может приводить к смещению отдельных кирпичей насадки, уменьшению опорной площади ее поперечного сечения и снижению надежности работы насадки в целом.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена за счет дополнительной турбулизации потока теплоносителя и повышения относительной поверхности нагрева насадки, увеличение аккумулирующей массы насадки, а также повышение устойчивости отдельных элементов насадки и ее прочности и надежности в целом.

Цель достигается тем, что в насадке регенератора, состоящей из огнеупорных кирпичей, образующих вертикальные и горизонтальные каналы, боковые грани кирпичей выполнены в виде трапеций, большие основания которых находятся для широких боковых граней сверху, а для узких - снизу. Величина полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича δ составляет 0,1-0,8 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича, а величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича на 0,1-0,4 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича (гидравлического диаметра, d_г) больше величины полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича. При этом максимальная величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича равна полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая насадка соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 показан элемент насадки с узкой боковой гранью в форме равнобедренной трапеции; на фиг.2 - то же, в форме прямоугольной трапеции; на фиг. 3 - насадка в сборе; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.3.

Насадка регенератора состоит из насадочных кирпичей 1 с шириной верхнего основания узкой боковой грани b, образующих в процессе кладки вертикальные каналы 2 с гидравлическим диаметром d_г и горизонтальные каналы 3 (разница между полуразностями верхних и нижних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича, Δ ). Дымовые газы в период нагрева, проходя сверху вниз через вертикальные 2 и горизонтальные 3 каналы, отдают тепло огнеупорными элементам (кирпичам 1). Через определенный период подачу продуктов сгорания отличают и через насадку снизу вверх пропускают воздух или другой нагреваемый газ.

Изготовление кирпичей с гранями трапецеидальной формы обеспечивает их идеальную устойчивость, сохраняя участие в теплообмене всей площади узких боковых граней элементов насадки. Увеличение относительной поверхности нагрева насадки происходит также за счет трапецеидальной формы узких боковых граней кирпичей (по сравнению с прямоугольной стороной, равной меньшему основанию) и за счет раскрытия дополнительной поверхности части нижней грани элементов. Расширяющаяся к нижнему основанию форма узкой боковой грани кирпичей позволяет увеличить их аккумулирующую массу, что имеет особо важное значение при увеличенных циклах работы регенераторов (особенно доменных воздухонагревателей) и больших расходах газовых сред, сформировать вертикальный канал, переменный по высоте формы и сечения, что способствует закручиванию потока, повышает степень турбулизации потока теплоносителя и интенсивность теплообмена в насадке. Указанные диапазоны значений величин обусловлены следующим. При значениях относительной величины горизонтального канала в нижнем основании (Δ/d_г) менее 0,1 интенсивность теплообмена в предложенной насадке практически не зависит от Δ /d_г и зависит только от относительной величины полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани (δ/d_г), причем чем больше δ/d_г, тем выше и интенсивность теплообмена в насадке. При увеличении Δ /d_г более 0,1 и при δ /d_г менее 0,8 объемный коэффициент теплоотдачи α _v растет, причем этот рост постоянно замедляется, что объясняется уменьшением поверхности нагрева широких боковых граней кирпича (наиболее эффективных с точки зрения интенсивности теплообмена) при увеличении поверхностного коэффициента теплоотдачи конвекцией α _F. При Δ /d_г равном 0,4, значение α _v достигает своего максимального значения для каждого δ /d_г (при δ /d_г < 0,6). При дальнейшем увеличении Δ /d_г происходит уменьшение α _v, так как эффект от увеличения α _F оказывается меньше, чем от уменьшения поверхности нагрева широких боковых граней кирпичей. С увеличением δ /d_г более 0,6 происходит частичное перекрывание в плане горизонтального канала, так, например, при δ /d_г, равном 0,7 (0,8), повышение α _v происходит при увеличении Δ /d_г до значения 0,3 (0,2), при дальнейшем же росте Δ /d_г происходит частичное перекрывание канала, а вследствие практического исключения из теплообмена поверхности узких боковых граней кирпичей интенсивность в насадке падает. При δ /dг, равном 1, щелевые каналы полностью перекрываются и влияние на интенсивность теплообмена оказывает лишь форма вертикального канала, поэтому α _v практически не зависит от ширины щели. Из этих же соображений определена максимальная величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича, равная полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича. Следует иметь в виду, что с увеличением δ /d_г растет гидравлическое сопротивление насадки и снижается ее механическая прочность. С точки зрения механической прочности из двух вариантов насадки, обеспечивающих одинаковые коэффициенты теплоотдачи конвекцией, более предпочтительным является тот, при котором Δ /d_г имеет меньшее значение. Таким образом, оптимальная величина горизонтального канала в нижнем основании кирпичей насадки составляет 0,1-0,4 гидравлического диаметра, а величина полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпичей равна 0,1-0,8 гидравлического диаметра.

Рекомендуемые значения величин Δ /d_г в зависимости от δ /d_г приведены в таблице.

Предлагаемое изобретение позволяет за счет повышения тепловой мощности воздухонагревателя увеличить температуру нагрева дутья на ≈20-30^оС, снизить удельный расход кокса на ≈0,34-0,4%, повысить производительность доменной печи на ≈0,3-0,4%.

Использование: в металлургии и энергетике при высокотемпературном нагреве воздуха и других газообразных теплоносителей. Сущность изобретения: насадка регенератора выполнена из кирпичей с боковыми гранями в форме трапеций, большие основания которых находятся для широких боковых граней сверху, а для узких - снизу. Величина полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича составляет 0,1 - 0,8 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича, а величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича на 0,1 - 4 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича больше величины полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича, при этом максимальная величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича равна полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича. 5 ил.

1. НАСАДКА РЕГЕНЕРАТОРА, выполненная из огнеупорных кирпичей с широкими и узкими боковыми гранями, размещенных с образованием вертикальных и горизонтальных каналов, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, упомянутые боковые грани выполнены в форме трапеций с большими и меньшими основаниями, а кирпичи размещены так, что большие основания трапеций на широких боковых гранях находятся сверху, а на узких - снизу. 2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что величина полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича составляет 0,1 - 0,8 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича, а величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича на 0,1 - 0,4 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича больше величины полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича, при этом максимальная величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича равна полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича.