РАДИАЦИОННЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F23L15/04 

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

Уровень техники в данной области характеризуется общедоступными сведениями, приведенными ниже.

Известные радиационные воздухоподогреватели, включающие две соосно расположенные цилиндрические обечайки, кольцевое пространство между которыми загерметизировано, на наружной обечайке размещены патрубки для отвода и подвода 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 (Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. -М.: Металлургиздат, 1975, с. 128 - аналог). Такие воздухоподогреватели при температуре газов на входе 1100 - 1300^oC имеются 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 недостаточно высокая надежность, что связано с высокой температурой теплопередающей поверхности. Поверхность нагрева и интенсивность теплопередачи в рекуператорах такого типа могут быть существенно увеличены с применением конструкторского решения, по которому "в вертикальных плоскостях подогревателя установлены и жестко закреплены в отверстиях в стенке внутренней обечайки замкнутые контуры труб, заполненные высокотемпературным теплоносителем, таким образом, что опускные трубы контуров расположены внутри кольцевого пространства, а подъемные - в газовом канале" (авт.св. СССР N 1592710, кл. F 28 D 15/00, 1990 - прототип).

Такая конструкция воздухоподогревателя более надежна в связи с тем, что подъемные трубы контуров частично экранируют внутреннюю обечайку и позволяют несколько понизить температуру ее стенки (на 100 - 150^oC) и развивают поверхность теплообмена, а опускные трубы контуров обеспечивают турбулизацию потока воздуха и повышают интенсивность отвода тепла от стенки к нагреваемой среде.

Однако часть недостатков конструкции аналога устраняется не в полной мере, а именно остается значительной разность температур стенок наружной и внутренней цилиндрических обечаек воздухоподогревателя, что приводит к возникновению значительных термомеханических напряжений в конструкции воздухоподогревателя, снижает надежность его работы и срок службы.

Кроме того, при малых диаметрах подогревателя затруднительно разместить большое число подъемных трубок в дымовом канале, в связи с чем преимущества конструкции не реализуются в полной мере.

С целью устранения указанных недостатков, повышения надежности и эффективности тепловой работы воздухоподогревателя, содержащего две вертикально расположенные цилиндрические соосные обечайки, кольцевое пространство между которыми сверху и снизу загерметизировано, на наружной обечайке размещены патрубки для подвода и отвода воздуха, в кольцевом пространстве между обечайками имеются направляющие перегородки, в вертикальных плоскостях подогревателя установлены и жестко закреплены в отверстиях в стенках обечаек замкнутые контуры из труб, заполненных внутри высокотемпературным теплоносителем, причем оси опускных и подъемных труб контуров параллельны оси подогревателя, опускные трубы контура расположены внутри кольцевого пространства, а подъемные - в газовом канале, это позволяет обеспечить установку подогревателя в вертикальном дымовом канале таким образом, чтобы дымовые газы омывали поверхность не только внутренней обечайки, но и наружной с размещением части подъемных труб контуров с промежуточным теплоносителем во внутреннем дымовом канале, а части - во внешнем дымовом канале.

Такое техническое решение позволит значительно увеличить поверхность теплопередачи аппарата, выровнить температуру стенки поверхностей нагрева внутренней и наружной обечаек, что будет способствовать снижению величины термических напряжений и повышению надежности работы воздухоподогревателя.

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

Радиационный воздухоподогреватель включает внутреннюю 1 и наружную 2 цилиндрические обечайки, входной 3, 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 внутри промежуточным высокотемпературным теплоносителем, включающие подъемные трубы, расположенные в газовых каналах 8, 9, и опускные трубы 10, расположенные в кольцевом пространстве между обечайками 1 и 2, причем вся конструкция размещается в вертикальном дымовом канале таким образом, что между наружной обечайкой 1 и стенкой канала 11 образуется пространство для прохода дымовых газов 12, а подъемные трубы 7 контуров 6 с высокотемпературным теплоносителем размещаются частично во внутреннем 8, а частично в наружном 9 дымовых каналах.

В случае, если степень экранирования цилиндрической обечайки получается высокой, целесообразно размещать подъемные трубы 7 замкнутых контуров 6 в дымовых каналах 8 и 9 в шахматном порядке, как показано на фиг. 3.

Работа воздухоподогревателя осуществляется следующим образом: отходящие дымовые газы 12 от источника проходят через внутренний 8 и наружный 9 газовые каналы подогревателя, передавая теплоту преимущественно излучением к стенкам внутренней 1 и наружной 2 обечаек, стенкам подъемных труб 7 замкнутых контуров 6 и огнеупорным стенкам 11 дымового канала 9. Воздух поступает в кольцевое пространство между обечайками 1 и 2 через входной патрубок 3 и направляется с помощью направляющих перегородок 5, отводит теплоту от внутренней 1 и наружной 2 обечаек и поперечно омываемых опускных труб и контуров 6, в результате чего нагревается и отводится к потребителю через выходной патрубок 4, за счет разности температур в подъемных 7 и опускных 10 трубах контуров происходит естественная циркуляция промежуточного теплоносителя в контурах 6, обеспечивающая высокую интенсивность теплопереноса, что способствует снижению температуры стенки теплопередающей поверхности, а следовательно, повышению надежности работы воздухоподогревателя и увеличению теплосъема.

Наличие замкнутых контуров из труб с циркулирующим промежуточным теплоносителем, подъемные трубы которых частично размещены во внутреннем и наружном дымовых каналах, отличающее предлагаемое техническое решение от прототипа, обеспечивает положительный эффект, выражающийся в следующем:
1. Теплопередающая поверхность при одинаковых габаритах нагревателей увеличивается в 1,4 - 1,6 раза по сравнению с прототипом.

2. Полное экранирование подъемными трубами контуров тепловой принимающей поверхности цилиндрических обечаек со стороны дымовых газов позволяет существенно ослабить радиационный поток теплоты на стенки воздухоподогревателя и снизить ее температуру.

Расчеты воздухоподогревателей в предлагаемом конструктивном исполнении показывают, что по сравнению с прототипом температура стенки снижается на 80 - 110^oC, а габаритные размеры подогревателя при одинаковом тепловосприятии снижаются в 1,3 - 1,4 раза.

3. Из-за снижения температуры газов на выходе воздухоподогревателя на 120 - 150^oC снижается пылеунос в отходящих газах, что приводит к снижению выбросов пыли и улучшает экологическую ситуацию.

Изобретение предназначено для утилизации теплоты высокотемпературных отходящих газов. Воздухоподогреватель включает внутреннюю и наружную цилиндрические обечайки, кольцевое пространство между которыми загерметизировано, и снабжен направляющими перегородками, замкнутые контуры, включающие подъемные трубы, расположены в газовом канале и опускные трубы, расположенные в кольцевом пространстве между обечайками, заполнены высокотемпературным теплоносителем, причем часть опускных труб расположена в дымовом канале перед внутренней обечайкой, а часть опускных труб расположена в канале между внешней обечайкой и кладкой. Такое решение позволяет увеличить поверхность теплоотдачи устройства, а также выровнять температуру стенки наружной и внутренней обечаек, что снижает термические напряжения и повышает надежность работы. 3 ил.

Радиационный воздухоподогреватель, 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 подогревателя установлены и жестко закреплены в отверстиях в стенках обечаек замкнутые контуры из труб, заполненные внутри промежуточным высокотемпературным теплоносителем, причем оси опускных и подъемных труб контуров параллельны оси подогревателя, опускные трубы контура расположены внутри кольцевого пространства, а подъемные - в газовом канале, отличающийся тем, что он снабжен направляющими перегородками, размещенными в кольцевом пространстве между обечайками, и размещен в газовом канале с образованием наружного между наружной обечайкой и стенками газового канала и внутреннего дымовых каналов, а подъемные трубы контуров с высокотемпературным теплоносителем размещаются частично во внутреннем, а частично в наружном дымовых каналах.