Трубчатый рекуператор Советский патент 1991 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к конструкции трубчатых рекуператоров для высокотемпературного нагрева воздуха путем утилизации теплоты отходящих продуктов сгорания промышленных печей и может быть использован на нагревательных и плавильных печах машиностроительной промышленности и металлургии.

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности путем интенсификации струйного теплообмена.

На фиг 1 представлен трубчатый рекуператор с коридорным расположением теп- лообменных элементов, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - теплообменныи элемент, продольное сечение; на фиг. 4 - то же, поперечное сечение.

Рекуператор, установленный поперек дымолода содержит коллекторы холодного 1 и нагретого 2 воздуха с соответствующими патрубками для подвода 3 и отвода 4 воздуха. Коллекторы присоединены к трубным доскам 5 и 6. Рекуператор размещен в газоходе 7.

В трубных досках с двух сторон закреплены теплообменные элементы 8. оси которых параллельны между собой Теплообменныи элемент выполнен из сгос но расположенных наружной 9 и ьнутрен ней 10 перфорированных труб Отверстия 11 расположены равномерно по образующей и неравномерно по окружности в секторах, граничащих с лобовой и кормовой зоной наружной трубы. Секторы ограничены углами в лобовой зоне р/ ± 50° для коридорного пучка и ipn ± 75° для шахматного пучка, а в кормовой зоне в обоих случаях у - 150-210° (за положительный угол отсчета принята т.н. лобовая критическая точка, где (р 0). Для интенсивной работы струйного теплообменного элемента необходимо соблюдать определенное соотношение сечений наружной FK внутренней трубе Fn площади перфораций. 2 f0

k/i

С

,vl

iS

-

О vj

0,33FK 2 f0 0,625FR

)

Проведенные эксперименты показали, что отверстия необходимо выполнить в пределах указанных секторов, в противном случае теплосьем снижается (табл. 1).

Из табл. 1 можно сделать вывод, что за пределами углов теплосьем снижается на 50%.

Теплогидродинамическая неравномерность по периметру поперечно-обтекаемой трубы дымовыми газами обусловлена наличием отрыва и перемешивания теплоносителя. Это влечет перегрев лобовой и кормовой зон. Известные решения, когда отверстия выполнены равномерно по окружности, не устраняют неравномерность. Предлагаемый рекуператор, в котором выполнены отверстия в пределах лобовой и кормовой зоны, снимает неравномерность и тем самым устраняет перегрев этих участков. Повышается термическая устойчивость и долговечность теплообменных элементов.

Проведены эксперименты на опытном рекуператоре. В нем геометрические параметры выбраны в соответствии с условием варианта 1 и варианта 2.

В табл. 2 опытные данные сопоставлены с показателями базового объекта.

Из анализа табл. 2 следует , что один из основных показателей - это теплосьем с единицы.поверхности нагрева q. Так в предлагаемом рекуператоре q 77000 Вт/м2, что на 10% выше, чем в базовом q 70000 6г/м2. Это объясняется нерациональным выбором конструктивных параметров. Так, /1ля базового рекуператора соотношение (1) не соблюдается

2.,

В данном случае Z f0 0,625Fa, т.е. рходное сечение FB меньше, чем требуется равномерной раздачи воздуха по отверстиям. Поэтому часть теплообменной поверхности имеет меньший теплосъем. В предлагаемом рекуператоре 2 fo 0,625Fe , что позволяет интенсифицировать теплообмен и нагреть воздух до более высокой температуры -(280°С) по сравнению с базовым -(230°С) (вариант 1). Степень рекуперации в предлагаемом рекуператоре 17,8% по сравнению с 14,6% в базовом. Здесь же приведены данные (вариант 2) при условии, что геометрические параметры выбраны произвольно без учета соотношения (1). Поэтому КПД здесь ниже (13,3%) и нагрев воздуха меньше, чем базовом (210°С).

Трубчатый рекуператор работает следующим образом.

В дымоходе дымовые газы передают теплообменным элементам 8 теплоту Холодный воздух подают через патрубок 3 в коллектор 1 и во внутренние трубы 10. Затем воздух подают через отверстии 11, расположенные по окружности в пределах секторов, ограниченных указанными в табл 1 углами на внутреннюю поверхность наружной трубы 9, Проходя по кольцевому зазору, нагретый воздух собирается в коллекторе 2 и 4через патрубок 4 уходит из рекуператора.

Экономическую эффективность можно оценить, используя данные табл. 2. Более

высокий подогрев на 50°С позволяет сэкономить до 5% топлива.

Формула изобретен ия 1. Трубчатый рекуператор, содержащий поперечно размещенные в дымовом кэнэпе

теплообменные элементы в виде соосно установленных труб, внутренние из которых равномерно по длине перфорированы выпускными отверстиями и подключены к подео- дящему каналу, а наружные трубы

соединены с отводящим воздушным коллектором, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффeктив осг,и путем интенсификации струйного теплообмена, выпускные отверстия в каждой внутренней трубе скомпонованы в группы, смещенные по окружности трубы соответственно к no6oBOMv и тыльному по отношению к потоку дымовых газов участкам трубы. 2 Рекуператор по п. 1, о т л и ч л ю щ ии с я тем, что при коридорном размещении теплообменных элементов группы отверстий лобового и тыльного участков внутренней трубы размещены в зоне, ограниченной относительно вертикали соответственно углами ± 50° и+150-210°

3.Рекуператор поп.1 отличающийся тем, что при шахматном расположении теплообменных элементов группы отверстий лобового и тыльного участков внугренней трубы размещены в зоне ограниченной относительно вертикали углами соответственно ±75°и + 150-210° .

4.Рекуператор по пп. 1-3, отличающийся тем, что суммарная площадь выпускных

отверстий каждой внутренней трубы удовлетворяет соотношению

0,33 F If0 0,625Fe, где FK - живое сечение кольцевого канала между внутренней и наружной трубами;

FB - живое сечение внутренней тр/бы.

Таблица 1

Изобретение с носится к области тепло- обменной техники и может быть использовано для высокотемпературного нагрева воздуха путем утилизации теплоты отходящих продуктов сгорания промышленных печей Целью изобретения является повышение надежности и эффективное и путем интенсификации струйного naipeea. Отверстия на внутренней трубе элемента выполнены равномерно по образующей, но неравномерно по окружности -- о лобовой зоне, ограниченной углами ± 50° для коридорного расположения или ± 75° для шахматного расположения, а в кормовой зоне для обоих случаев 150-210°. Площадь отверстий на внутренней трубе Z f0 определена из неравенства 0,33FK 2 f0 0 625 Г,,. Здесь Г - живое сечение кольцевого канала между трубами. FB - живое сечение внутренней трубы 3 з.п.ф-лы, 4 ил.,2 табл

Зармаиг

1 2

Показатель

Поверхность нагрева Р. Диамето отверстия do. Расход воздуха V, ОгнишениеУ/Р.

Тепловой поток q, Нагрев воздуха At, Степень рекуперации

( КПД рекуператора). Суммарная поверхност

отверстий 2 f3, Параметр 0,33 РК. Параметр 0,625 Рь.

Таблица2

г./

дРасположение

шахматное коридорное Фиг. 2

ХОЯ.

Ьоздух

Наер.

йозду