РАДИАЦИОННЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к устройствам для подогрева воздуха высокотемпературными отходящими газами различных теплотехнологических агрегатов и применяется в технике энергосбережения.

Известны радиационные воздухоподогреватели, включающие две соосно расположенных цилиндрических обечайки, кольцевое пространство между которыми загерметизировано, на наружной обечайки размещены патрубки для подвода и отвода воздуха, а в кольцевом пространстве между обечайками имеются направляющие перегородки, причем по внутреннему цилиндрическому (газовому) каналу проходят дымовые газы, а в кольцевом пространстве между внутренним и наружным цилиндрами нагреваемый воздух. Такие влздухоподогреватели при температуре газов на входе 1100-1300^oC имеют достаточно хорошие теплотехнические характеристики и позволяют использовать теплоту отходящих высокотемпературных газов для подогрева воздуха.

К недостаткам этих подогревателей относятся сравнительно небольшая удельная поверхность нагрева (поверхность нагрева, приходящаяся на единицу объема, м²/м³) и достаточно высокая надежность, что связано с высокой температурой теплопередающей поверхности.

Совершенствование конструкции таких воздухоподогревателей связано с развитием поверхности нагрева путем параллельного включения трубок, охлаждаемых воздухом изнутри и частично экранирующих поверхности нагрева внутреннего цилиндра /1, 2/.

Исследователи отмечают сложность изготовления рекуператоров такой конструкции, ее ремонтонепригодность и высокие гидравлические сопротивления воздушного тракта. При этом надежность работы подогревателя не увеличивается, т.к. остается опасность перегрева стенки трубок, охлаждаемых воздухом.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности воздухоподогревателя, развитие поверхности нагрева при условии снижения габаритных размеров и обеспечения большей компактности подогревателя.

Кроме того, изобретение позволит существенно снизить пылеунос в отходящих газах (из-за снижения температуры газов на выходе устройства и возвращения пыли в ванну теплотехнологического агрегата) и тем самым улучшает экологическую ситуацию в данной местности.

Поставленная задача достигается тем, что в радиационном воздухоподогревателе, включающем две соосно расположенных цилиндрических обечайки, кольцевое пространство между которыми загерметизировано сверху и снизу, на наружной обечайки расположены патрубки для ввода и вывода воздуха в кольцевое пространство между ними, в вертикальных плоскостях расположены и жестко закреплены в отверстиях внутренней обечайки замкнутые контуры из труб, заполненные промежуточным высокотемпературным теплоносителем, оси вертикальных труб контуров параллельны центральной оси подогревателя, причем спускная труба контура находится внутри кольцевого пространства (воздушный канал), а подъемная труба контуроа во внутренней полости внутренней обечайки, т.е. в газовом канале, частично экранируя стенку этой обечайки.

Новым в предлагаемом изобретении является то, что замкнутые контуры из труб, заполненные промежуточным высокотемпературным теплоносителем, расположены в вертикальных плоскостях подогревателя и жестко закреплены в отверстиях в стенке внутренней цилиндрической обечайки.

Подъемные трубы, находящиеся в газовом канале, могут быть расположены по одной окружности, а при малом диаметре внутренней обечайки трубы могут располагаться по двум или нескольким окружностям, что обеспечивает компактность подогревателя.

Технический результат, получение которого обеспечивает данное изобретение, обусловлен тем, что наличие контуров со свободно циркулирующим внутренним промежуточным теплоносителем позволяет обеспечить надежный высокоинтенсивный отвод теплоты от стенки контура, а наличие поперечно омываемых потоком воздуха трубок внутри кольцевого пространства турбулизирует воздушный поток и интенсифицирует отвод тепла от радиационной поверхности нагрева, что в целом повышает интенсивность теплопередачи, повышает компактность поверхности нагрева и надежность работы воздухоподогревателя в связи со снижением температуры металлической стенки. При этом цилиндрическая поверхность нагрева частично экранируется надежно охлаждаемыми промежуточным теплоносителем подъемными трубками контуров.

На фиг. 1 показана конструкция радиационного воздухоподогревателя, общий вид: на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вариант размещения контуров с промежуточным теплоносителем.

Радиационный воздухонагреватель включает внутреннюю 1 и наружную 2 цилиндрические обечайки, входной 3 и выходной 4 воздушные патрубки, закрепленные на наружной обечайке 2, направляющие перегородки 5 в кольцевом канале между обечайками 1 и 2, обеспечивающие поперечное омывание труб воздухом и замкнутые контуры 6 из труб, заполненные промежуточным высокотемпературным теплоносителем, включающие подъемные трубы 7, расположенные в газовом канале 8 и опускные трубы 9, расположенные в кольцевом пространстве между обечайками 1 и 2.

В случае, если степень экранирования цилиндрической обечайки получается высокой, целесообразно размещать подъемные трубы 7 замкнутых контуров в газовом канале 8 в два ряда, как показано на фиг. 3.

Работа воздухонагревателя осуществляется следующим образом: отходящие дымовые газы от источника проходят через газовый канал подогревателя 8, передавая теплоту преимущественно излучением к стенке внутренней обечайки 1 и стенкам подъемных труб 7, замкнутых контуров 6. Воздух поступает в кольцевое пространство между обечайками 1 и 2 через входной патрубок 3 и направляемый с помощью направляющих перегородок 5, отводит теплоту от внутренней обечайки 1 и поперечно омываемых опускных труб 9 контуров 6, в результате чего нагревается и отводится к потребителю через выходной патрубок 4. За счет разности температур в подъемных 7 и опускных 9 трубах контура 6 происходит естественная циркуляция промежуточного теплоносителя в контурах 6, обеспечивающая высокую интенсивность теплопереноса, что способствует снижению температуры стенки теплопередающей поверхности, а следовательно,повышению надежности работы и увеличению теплосъема.

Наличие замкнутых контуров из труб с циркулирующим промежуточным теплоносителем, отличающее предлагаемое изобретение от прототипа, обеспечивает положительный эффект, выражающийся в следующем.

1. Теплопередающая поверхность при одинаковых габаритах подогревателей увеличивается в 2-2,5 раза по сравнению с прототипом.

2. Частичное экранирование подъемными трубами контуров тепловоспринимающей поверхности цилиндрической обечайки с газовой стороны позволяет несколько ослабить радиационный поток теплоты на стенку и снизить ее температуру на 100-130^oC, что повышает надежность работы воздухоподогревателя.

3. Теплофизические свойства промежуточного высокотемпературного теплоносителя позволяет отводить теплоту от труб контуров значительно интенсивнее, чем при охлаждении воздухом.

4. Наличие опускных труб контура в кольцевой щели, поперечно-обтекаемых потоком воздуха, позволяет интенсифицировать теплоотдачу к воздуху, что помимо повышения эффективности теплообменна и повышения тепловосприятия дополнительно обеспечивает снижение температуры цилиндрической стенки воздухоподогревателя и повышает надежность ее работы.

Расчеты воздухоподогревателей в предлагаемом конструктивном исполнении показывают, что по сравнению с прототипом температура стенки снижается на 120-150^oC, а габаритные размеры подогревателя при одинаковом тепловосприятии снижается в 1,8-2,0 раза.

5. Из-за снижения температуры газов на выходе воздухоподогревателя на 300-500^oC существенно снижаются пылеунос в отходящих газах, что приводит к снижению выброса пыли и существенно улучшает экологическую ситуацию.

Использование: для утилизации теплоты высокотемпературных отходящих газов. Сущность изобретения: воздухоподогреватель включает внутреннюю и наружную цилиндрические обечайки, кольцевое пространство между которыми загерметизировано и замкнутые контуры заполнены высокотемпературным промежуточным теплоносителем и закреплены в стенках воздухоподогревателя, а кольцевой канал снабжен направляющими перегородками. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Радиационный воздухонагреватель, содержащий две вертикально расположенные соосные цилиндрические обечайки, кольцевое пространство между которыми сверху и снизу загерметизировано, на наружной обечайке размещены патрубки для подвода и отвода воздуха, в вертикальных плоскостях нагревателя установлены и закреплены в отверстиях в стенке внутренней обечайки замкнутые контуры из труб, заполненные промежуточным теплоносителем, оси опускных и подъемных труб контуров параллельны оси нагревателя, опускные трубы контура расположены внутри кольцевого пространства, а подъемные в газовом канале, отличающийся тем, что в кольцевом пространстве установлены направляющие перегородки, замкнутые контуры из труб жестко закреплены, а промежуточный теплоноситель высокотемпературный. 2. Воздухонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что подъемные трубы расположены на концентрических окружностях.