ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано, в частности, в теплообменных аппаратах для нагрева воздуха, например вагранок для плавки чугуна.

Известен рекуператор для нагрева воздуха, использующий тепло отходящих из плавильного агрегата газов. Рекуператор содержит вертикальный футерованный газоход, разделенный воздушной камерой, снабженной верхним и нижним коллекторами, на периферийный и центральный каналы [1]
Недостатком известного рекуператора является неравномерное распределение дымовых газов по периферийному и центральному каналам, что приводит к снижению экономичности его работы, уменьшению коэффициента теплопередачи и замедлению процесса теплообмена.

Эти недостатки устраняются в рекуператоре [2] В этом рекуператоре экономичность повышается за счет того, что один из коллекторов воздушной камеры расположен с перекрытием в свету кольцевого канала, в зоне которого выполнены изолированные от полости коллектора вертикальные сквозные проемы.

Однако рекуператоры, использующие тепло отходящих газов, не позволяют нагревать воздух до 500-700^oС, в связи с чем для высокотемпературного нагрева воздуха используются воздухоподогреватели с независимым отоплением.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является воздухоподогреватель радиационно-конвективного многосекционного типа, состоящий из системы отопления, радиационной коробки, конвективных теплообменных труб, изогнутых вдоль своей оси и соединенных в секции, каждая из которых подключена к трубам подвода и отвода воздуха [3]
Недостатком воздухоподогревателя является недостаточная температура нагрева воздуха (500^oС), большая металлоемкость. недостаточно высокий коэффициент теплообмена.

Кроме того, воздухоподогреватель (по опыту практической работы на заводе) обладает незначительным ресурсом безаварийной работы. Воздухоподогреватель через 20-30 часов работы нуждается в текущем осмотре, профилактическом ремонте, заварке трещин и проверке герметичности.

Это объясняется тем, что жесткая конструкция конвективных труб вызывает при тепловых расширениях напряжения в трубах, стыках труб, в сварных швах, что приводит к появлению трещин в указанных местах и разгерметизации воздухоподогревателя.

Целью настоящего изобретения является увеличение ресурса безаварийной работы воздухоподогревателя за счет устранения трещинообразования в теплообменных трубах и стыках труб.

Задача решена тем, что в воздухоподогревателе радиационно-конвективного многосекционного типа, состоящем из системы отопления, радиационной коробки, труб подвода и отвода воздуха, каждая секция упомянутых труб выполнена в виде параллелограммной конструкции, в вершинах которой смонтированы воздухосборные расположенные поперечно оси воздухоподогревателя патрубки, соединенные между собой теплообменными трубами, изогнутыми вдоль своей оси.

На фиг. 1 представлен продольный вертикальный разрез воздухоподогревателя; на фиг.2 поперечный разрез по трубам конвективной части.

Воздухоподогреватель состоит из нескольких секций. В нижней части смонтирована радиационная секция 1, выполненная в виде коробки с двойными стенками. Выше коробки смонтирована конвективная часть, состоящая из нескольких секций теплообменных труб. Каждая секция выполнена в виде параллелограммной конструкции, в вершинах которой смонтированы воздухосборные патрубки 2 и 3. Патрубки 2 смонтированы по оси воздухоподогревателя, патрубки 3 до его периферии. Патрубки 2 и 3 расположены поперечно оси воздухоподогревателя и соединены между собой теплообменными трубами 4.

Трубы 4 выполнены изогнутыми вдоль своей оси. Изгиб труб выполняется в любую сторону к оси воздухоподогревателя и от оси.

В верхней части воздухоподогревателя смонтирована труба 5 для подвода холодного воздуха к конвективной части и зонт 6 для отвода продуктов сгорания газа.

Переход от конвективной части к радиационной выполнен в виде воздухосборной коробки 7 и патрубков 8. В радиационной части смонтирована система отопления воздухоподогревателя, состоящая из газовых горелок 9 и труб для подвода газа.

В радиационной секции имеются лопатки 10 для закручивания потока воздуха и прижимания его к внутренним стенкам коробки. Воздухоподогреватель смонтирован в кожухе 11 и снабжен теплоизоляцией 12. Для отвода горячего воздуха имеется труба 13.

Воздухоподогреватель работает следующим образом.

Сначала в воздухоподогреватель по трубе 5 подают холодный воздух, затем газовые горелки 9, которые постепенно в течение 5-10 минут выводят с пускового режима на рабочий.

Холодный воздух из трубы 5 поступает затем в центральный патрубок 2, откуда по трубам 4 в периферийные патрубки 3, затем по трубам снова в патрубок 2 и т.д. После прохода по трубам нагретый до 400 450^oС воздух поступает в воздухосборную коробку 7, откуда по патрубкам 8 в радиационную часть 1, где окончательно нагревается до 550 600^oС. Горячий воздух отводится по трубе 13 в тепловой агрегат, например в вагранку.

При работе воздухоподогревателя вся его конструкция под действием продуктов сгорания газа претерпевает тепловые расширения, которые (без появления значительных напряжений) осуществляются движением элементов конструкции вверх-вниз и влево-вправо за счет выполнения конвективных труб и патрубков в виде параллелограммной конструкции, изгиба труб и возможности некоторого свободного хода всех элементов. Это приводит к выравниванию тепловых напряжений и уменьшению их величины. В итоге, это способствует устранению трещинообразования в трубах, стыках труб и увеличению ресурса безаварийной работы воздухоподогревателя.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция воздухоподогревателя обладает следующим технико-экономическим преимуществом:
1. Повышается на 20 30 ресурс безаварийной работы воздухоподогревателя. Длительность цикла между профилактическими ремонтами достигается 35 40 часов. Количество трещин минимальное.

2. Снижается трудоемкость обслуживания ремонта воздухоподогревателя в 1,5 2 раза.

3. Улучшается герметичность воздухоподогревателя, устраняются потери воздуха.

Таким образом, предлагаемый воздухоподогреватель обладает новизной и положительным эффектом. По изобретению разработан и изготовлен воздухоподогреватель малой производительности 500 700 м³/час, испытания которого на Пензенском компрессорном заводе показали положительные результаты. Воздухоподогреватель может быть использован в различных отраслях промышленности для нагрева воздуха, газов и т.д.

Использование: в области теплотехники, точнее конструкции воздухоподогревателей. Сущность изобретения: каждая секция теплообменных труб выполнена в виде параллелограммной конструкции, в вершинах которой смонтированы воздухосборные патрубки, соединенные между собой теплообменными трубами, изогнутыми вдоль своей оси. 2 ил.

Воздухоподогреватель радиационно-конвективного многосекционного типа, состоящий из системы отопления, радиационной коробки, конвективных теплообменных труб, изогнутых вдоль своей оси и соединенных в секции, каждая из которых подключена к трубам подвода и отвода воздуха, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса безаварийной работы за счет повышения надежности, трубы каждой секции скомпанованы в виде параллелограммной конструкции, а упомянутые трубы подвода и отвода воздуха размещены в вершинах последней и поперечно оси воздухоподогревателя.