РЕКУПЕРАТОР Российский патент 1998 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к теплоутилизирующим устройствам, применяемым для нагрева газа (воздуха) в нагревательных и термических печах различного назначения, применяемых в нефтехимической, машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности.

Из уровня техники известен рекуператор, содержащий соосно установленные короба, образующие центральный дымовой и кольцевой воздушный каналы, последний из которых снабжен тангенциально установленными входным и выходным патрубками. Внутренний короб этого рекуператора выполнен из металлической сетки, см. А.С. СССР N 1370372, М. кл. F 23 L 15/04, 1986.

Основными недостатками этой конструкции являются неравномерная тепловая нагрузка на внутренний короб, приводящая к преждевременному его выходу из строя, а также отсутствие организованного движения подогреваемого воздуха в кольцевом канале, что снижает эффективность работы рекуператора.

Известен также принятый за прототип изобретения рекуператор, содержащий соосно установленные внутренний и наружные короба, образующие центральный дымовой и кольцевой воздушный каналы, последний из которых снабжен тангенциально установленными входным и выходным патрубками. Внутренний короб выполнен из металлической сетки. Рекуператор снабжен средством для создания вращательного движения в виде продольных лопастей, размещенных в кольцевом воздушном пространстве (канале) и закрепленных на внутреннем коробе, при этом он установлен с возможностью вращения, см. А.С. СССР N 1657878, М. кл. F 23 L 15/04, 1989 г.

Недостатком прототипа является относительно более высокое сопротивление кольцевого канала вследствие установки в нем продольных лопастей, что снижает площадь живого сечения этого канала и приводит к утечке части воздуха с дымовыми газами.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности рекуператора за счет повышения коэффициента использования тепла дымовых газов.

Поставленная задача решена тем, что в рекуператоре, содержащем соосно расположенные наружный и внутренний короба, последний из которых выполнен в виде установленного с возможностью вращения, снабженного лопастями цилиндрического газопроницаемого цилиндра, образующие центральный дымовой и кольцевой газовый (воздушный) каналы с тангенциально расположенными к кольцевому каналу входным и выходным патрубками, согласно изобретению лопасти внутреннего короба выполнены в виде винтовых перегородок кольцевого газового (воздушного) канала, при этом шаг винтовой поверхности перегородок составляет (0,625 - 0,125) D_т, где D_т - внутренний диаметр внешнего короба.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез общего вида рекуператора, установленного на газоходе печи; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.

Рекуператор содержит соосно расположенные наружный короб 1 и установленный в нем с возможностью вращения внутренний короб 2. Внутренний короб 2 снабжен винтовыми лопастями 3, размещенными в кольцевом (воздушном) канале 4, образованном внутренней поверхностью наружного короба 1 и цилиндрической поверхностью короба 2. Кроме того, короб 2 выполнен газопроницаемым в виде цилиндра, например, из металлической сетки, образующего центральный дымовой канал рекуператора. Кольцевой газовый (воздушный) канал 4 сообщен с установленными в наружном кожухе 1 тангенциальными входным 5 и выходным 6 патрубками. Шаг винтовой поверхности перегородок составляет (0,625 - 0,125) D_т, где D_т - внутренний диаметр внешнего короба.

Рекуператор работает следующим образом.

Холодный газ (воздух) от воздуходувки (на черт. условно не показано) поступает через входной тангенциальный патрубок 5 в винтовые каналы между лопастями 3 и, взаимодействуя с ними, приводит внутренний короб 2 во вращательное движение, перемещаясь при этом к выходному патрубку 6. Закручиваясь при проходе по винтовым каналам и имея осевую составляющую скорости, противоположную направлению движения дымовых газов, воздух нагревается за счет контакта с дымовыми газами и с поверхностью коробов 1 и 2, а также вследствие наличия радиационного излучения через ячейки сетки. Далее нагретый газ (воздух) выходит из рекуператора через патрубок 6. Наличие осевой составляющей скорости у холодного газа (воздуха) препятствует его переходу в дымовой газ через зазоры между внешним 1 и внутренним 2 коробами, а центробежная сила препятствует его проникновению через ячейки сетки к дымовым газам.

Проведенными исследованиями течения закрученных газовых потоков в цилиндрических и кольцевых каналах было установлено, что при давлении от 0,01 до 0,60 МПа устанавливается шаг винтовой линии, равный (0,625 - 0,125) D_т, где D_т - диаметр цилиндрического канала или внешней диаметр кольцевого канала. Установка одной или нескольких винтовых лопастей в виде винтовых перегородок в канале с шагом, соответствующим шагу естественного формирования закрученного потока, возникающего при тангенциальном вводе сжатого газа, способствует устойчивому течению с минимальным сопротивлением. Производительность или пропускная способность такого канала возрастает более чем в два раза. На длине в 24 калибра (отношение длины канала к его внутреннему диаметру) сохраняется неизменной эпюра тангенциальной и аксиальной составляющей скорости, что обеспечивает устойчивое гидродинамическое состояние газа и повышает интенсивность теплообменных процессов. Структура закрученного потока в виде одной или нескольких струй ведет себя как устойчивая система в адиабатически гибкой оболочке, что, естественно, существенно снижает возможность подмешивания к ней дымовых газов и тем более прорыва газа из нее.

Промышленная применимость предложенного изобретения обеспечивается существенным повышением эффективности и надежности работы рекуператора.

Рекуператор используется в теплоутилизирующих устройствах, применяемых для нагрева газа (воздуха) в нагревательных и термических печах различного назначения, в нефтехимической, машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в рекуператоре, содержащем соосно расположенные наружный и внутренний короба, последний из которых выполнен в виде установленного с возможностью вращения, снабженного лопастями цилиндрического газопроницаемого цилиндра, образующие центральный дымовой и кольцевой газовый (воздушный) каналы с тангенциально расположенными к кольцевому каналу входным и выходным патрубками, лопасти внутреннего короба выполнены в виде винтовых перегородок кольцевого газового (воздушного) канала, при этом шаг винтовой поверхности перегородок составляет (0,625 - 0,125) D_т где D_т - внутренний диаметр внешнего короба. За счет повышения коэффициента использования тепла дымовых газов повышается эффективность рекуператора. 2 ил.

Рекуператор, содержащий соосно расположенные наружный и внутренний короба, последний из которых выполнен в виде установленного с возможностью вращения, снабженного лопастями цилиндрического газопроницаемого цилиндра, образующие центральный дымовой и кольцевой газовый (воздушный) каналы с тангенциально расположенными к кольцевому каналу входным и выходным патрубками, отличающийся тем, что лопасти внутреннего короба выполнены в виде винтовых перегородок кольцевого газового (воздушного) канала, при этом шаг винтовой поверхности перегородок составляет (0,625 - 0,125)D_т, где D_т - внутренний диаметр внешного короба.