НАСАДКА РЕГЕНЕРАТОРА Российский патент 1997 года по МПК F28D17/00 

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

Известна насадка [1] выполненная из плиток с дистанционными выступами на планке, образующих систему вертикальных панелей, разделенных между собой щелевыми сплошными каналами. Недостатками данной насадки являются малые значения относительной поверхности нагрева и интенсивности теплообмена, что приводит к большим габаритам регенераторов (высотой 40 м и более), а следовательно, и завышенным капитальным и эксплуатационным расходам.

Известна насадка [2] из огнеупорных шаров. Недостатками известной шаровой насадки являются относительно высокие гидравлическое сопротивление и термомеханическое напряжение, возникающие в самих шарах и в стенках регенератора и являющихся основной причиной преждевременного их разрушения, а также перемещение шаров в насадке, что исключает возможность использования в ней различных по качеству и стоимости огнеупорных материалов и тем самым удорожает стоимость насадки и регенератора в целом.

Наиболее близкой по технической сущности к описываемому изобретению является насадка [3] состоящая из пакета плиток с двусторонними выпуклостями в виде полусфер. Недостатком данной насадки является повышенное по сравнению обычной насыпной шаровой насадкой [2] гидравлическое сопротивление при одинаковых значениях диаметров шаров и полусфер соответственно насадок [2] и [3] т.к. в насадке [3] часть поперечного сечения занята плитками, что приводит к уменьшению относительного живого сечения насадки. Каналы же, образованные полусферами в насадке при использовании пластин с двусторонними выпуклостями, имеют такую же форму, что и насадка [2] Увеличение же шага между шарами приводит к снижению коэффициентов теплоотдачи в ней. Кроме того, технология изготовления плиток с двусторонним расположением полусферических поверхностей представляется затруднительной, практически невозможной из-за трудностей их транспортировки после "выдавливания" из пресса: в вертикальном направлении плитки "неустойчивы", а в положении на "плашку" неизбежно снятие и разрешение полусфер, контактирующих с опорной поверхностью. Сам процесс "выдавливания" полусфер с двух сторон плиток также затруднен с технологической точки зрения, что повышает себестоимость насадки.

Предлагается насадка, выполненная в виде упорядоченно расположенных на одной из широких боковых граней плиток огнеупорных полусфер, причем полусферы расположены в шахматном порядке с шагом, равным 1,1 2 диаметра полусфер, составляющим, в свою очередь, 1 2 толщины плиток, причем плитки уложены рядами, широкие боковые грани их имеют трапецеидальную форму, а одна из узких боковых граней наклонена под углом 75 80^o к основанию с образованием вертикальных вырезов между смежными плитками каждого ряда.

На фиг. 1 показан блочный элемент насадки; на фиг. 2 и 3 поперечный разрез и вид насадки в сборе сверху.

Насадка регенератора состоит из полусфер диаметром d, расположенных на плитах 1 толщиной δ. При сборке насадки укладка плиток осуществляется параллельными рядами друг на друга со смещением в горизонтальном и вертикальном направлениях, при этом образуется система извилистых вертикальных каналов 2 между полусферами с горизонтальными проходами 3 в виде вертикальных щелей 3 между узкими боковыми гранями плиток.

Устройство работает следующим образом. Греющий газ (продукты сгорания), проходя через насадку сверху вниз, отдает тепло насадке. В следующий период работы регенератора нагреваемая среда (воздух)) поступает снизу вверх, получая тепло от нагретой насадки. Затем процесс циклически повторяется.

Выполнение элементов в виде системы полусфер, расположенных на одной стороне боковых граней плиток, позволяет сформировать упорядоченную широкую насадку с принципиально отличительной от насадок [2,3] системой извилистых каналов, в которой плотность и порядок размещения полусферических поверхностей может изменяться в зависимости от требований, предъявляемых к гидравлическому сопротивлению и коэффициентам теплоотдачи конвекцией a. При наиболее плотном расположении полусферических поверхностей S/d=1,1 обеспечивается снижение гидравлического сопротивления предложенной насадки по сравнению с шаровой насыпной и из пластин с двусторонними выпуклостями в виде полусфер в 10 раз при практически одинаковом значении коэффициента a при числе Рейнольдса 1000, характерном для работы доменных воздухонагревателей. Дальнейшее уменьшение относительного шага между полусферами не рекомендуется по условиям надежности штамповочного оборудования. При увеличении S/d происходит снижение гидравлического сопротивления предложенной насадки при одновременном уменьшении коэффициента теплоотдачи конвекцией, и при S/d, равном 2, она сближается по теплотехнической эффективности с насадкой [1] Шахматное расположение шаров способствует увеличению a, относительной действительной поверхности нагрева и аккумулирующей массы насадки при относительно небольшом росте гидравлического сопротивления. Предлагаемое соотношение диаметров полусфер с толщиной кирпичей d/δ = 1÷2 обусловлено следующим. Теплотехническая эффективность насадки растет с уменьшением толщины плиток δ, однако при d/δ > 2 снижается механическая прочность плиток элементов насадки при их изготовлении. С уменьшением d/δ наблюдается уменьшение относительной действительной поверхности нагрева насадки, уменьшение живого сечения и увеличение гидравлического сопротивления, и при d/δ < 1 (при плотном расположении шаровидных поверхностей), предложенная насадка имеет такое же гидравлическое сопротивление как и шаровая насыпная.

Предложенная насадка свободна от недостатков, связанных с возникновением термомеханических напряжений в самих шарах и ограничивающих ее стенах, а также с перемещением шаров в насадке, характерных для насыпной насадки. Для устранения последних предлагалось при использовании насыпной шаровой насадки боковые стенки регенератора выполнять наклонными к вертикальной оси, что значительно усложняло бы его конструкцию. В предложенной упорядоченной шаровой насадке имеется возможность использования различных огнеупорных материалов по высоте насадки, что позволит ограничится применением жаропрочных дорогостоящих огнеупоров только в ее верхней части. Плацкартность и неподвижность полусфер устраняют возникновение чрезмерных термонапряжений в шарах и их разрушение, что обеспечивает постоянство теплотехнических характеристик насадки. Узкие боковые грани плиток предлагается выполнить наклоненными (под углом β) к нижним основаниям для дополнительного увеличения поверхности нагрева и обеспечения возможности перемещения теплоносителей из одних каналов в другие. Причем при β > 80^° средняя ширина щелей недостаточна для эффективного участия открытых граней в теплообмене, при β < 75^° уменьшение площади широких боковых граней плиток (наиболее эффективных с точки зрения теплообмена) не будет компенсироваться увеличением площади узких боковых граней. Дальнейшее увеличение ширины горизонтальных проходов нецелесообразно и с точки зрения количества полусфер на широких боковых гранях кирпичей. Расположение полусфер на одной широкой стороне кирпичей, наклон одной узкой боковой грани определены с учетом технологии изготовления.

Использование: преимущественно для высокотемпературного нагрева воздуха и других газообразных теплоносителей, используемых в металлургии и энергетике. Сущность изобретения: повышение эффективности обеспечивается тем, что насадка представляет собой систему полусфер, упорядоченно расположенных в шахматном порядке на широких боковых гранях плиток 1 с одной их стороны с шагом, равным 1,1-2 диметрам полусфер, причем диаметр полусфер составляет 1-2 толщины плиток 1, широкие боковые грани последних имеют трапецеидальную форму, а одна из узких боковых граней плиток 1 наклонена под углом 75-80^o к их основанием с образованием вертикальных вырезов между смежными плитками каждого ее ряда. 3 ил.

Насадка регенератора, выполненная в виде упорядоченно расположенных на одной из широких боковых граней плиток огнеупорных полусфер, отличающаяся тем, что полусферы расположены в шахматном порядке с шагом, равным 1,1 2 диаметрам полусфер, составляющим в свою очередь 1 2 толщины плиток, причем плитки уложены рядами, широкие боковые грани их имеют трапецеидальную форму, а одна из узких боковых граней наклонена под углом 75 80^o к основанию с образованием вертикальных вырезов между смежными плитками каждого ряда.