Трубчатый рекуператор

 

Изобретение с носится к области теплообменной 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

со1оз совгтских г О11ИАЛИС ГИ 1ЕСКИХ

1 F. СГ1УЕ11ИК

Is»s F 23 L 15/04

ГосудАас ГВГ1!11ыЙ коми!ет по изогаетениям и огкаытиям паи гкнт cccv ( ц г

ОПИСАН И Е И ЗОБ РЕТЕ НИ Я ., К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС! ВУ (21) 4753250/06 (гг) 28.08.89 (46) 30.12.91. Ьюл. ГХ 48 (71) Институт газа АН УССР (72) Б.Д.Сезоненко, ЕО Г,Хорунжий.

T.Â.Ñê0tíèêîâà и Р.А.Пил. пе кс (53) 662. 92 5 (088. 8) (56) Авторское свидеГельство СССР

N. 1276895, кл. F 23 L 15/04. 1985. (54) ТРУБЧАТЫЙ РЕКУПЕРАТОР (57) Изобретение оГ носится к области теплообменной техники и может быть использованс, для высокотемпературного нагрева воздуха путем утилизации теплоты отходящих продуктов сгорания промышленных печей. Целью изобрет ения является

Изобретение относигся к конструкции

Грубчатых рекуператоров для высокотемпературного нагрева воздуха путем утилизации тепло Гы отходящих продуктов сгорания промышленных печей и может быть использован на нагревательных и плавильных печах MàLLlèíîс Гроиtåëhttой промыLItttåíности и металлургии.

Цель изобретения — повышение надежности и эффективности путем интенсификации струиного теплообмена, На фиГ 1 представлен трубчатый рекуператор с коридорным расположением теплообменных элементов, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фи1. 3 — теплообменный элемент, продольное сечение; на фиг. 4 — то же, поперечное селение, Рекуператор, установленный поперек дымохода. содержит коллекторы холодного

1 и нагретого 2 воздуха с соответствующими патрубками для подвода 3 и отвода 4 воздуха, Коллекторы присоединены к трубнымдо„., SU ÄÄ 1702107 А1 повышение надежности и эффекгивнос-и путем интенсификации струйного на рева.

Отверстия на внутренней трубе элеменГа выполнены равномерно по образую1цей, Ito 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 ot ttepcтий на внутренней трубе Х fo определена 1з неравенства 0,33F» <Х fo < 0.625 Г, Здесь,", — живое сечение кольцевого канала между трубами, FII — живое сечение внутреннеи трубы. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.,2 табл скам 5 и 6. Рекуператор размещен в глзохпде 7.

В трубных досках с двух сторон закреплены теплообменные элементы 8, оси когсрых параллельны между собой, Теплообменный элемент выполнен из ссосно расположенных наружной 9 и внутрен ней 10 перфорированных труб Отверсти

11 расположены равномерно по образующей и неравномерно по oI,ружности в секторах, граничащих с лобовой и кормовой зоной наружной трубы. Секторы ограничены углами в лобовой зоне I/tt л 50 для коридорного пучкаи pn +. 75 для шахматного пучка, а в кормовой зоне в обоих случаях I/, =

= 150-210 (за положительный угол отсчета принята т.н. "лобовая критическая точка", где p = О). Для интенсивной работы струиного теплообменного элемента необходимо соблюдать определенное соотношение сечений наружной F, внутренней трубе F, nлощади перфораций. Х f<

О,ЗЗРк Z fo< 0.625FI (i) )

1 !

4 () (, В

C)

) 1702107

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

Из табл. 1 можно сделать вывод, что эа пределами углов теплосьем снижается на

50 6, 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 flo окружности, не устраняют неравномерность.

Предлагаемый рекуператор, в котором выполнены отверстия в пределах лобовой и кормовой зоны, снимает неравномерность и тем самым устраняет перегрев этих участ. ков. Повышается термическая устойчивость и долговечность теплообменных элементов.

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

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

Иэ анализа табл. 2 следует, что один из основных показателей — это теплосьем с единицы, поверхности нагрева q, Так в предлагаемом рекуператоре р = 77000 Вт/м, что г

-га 10 выше, чем в базовом ц = 70000 г

Втl м, Это объясняется нерациональным выбором конструктивных параметров. Так, для базового рекуператора соотношение (1) не соблюдается

2 1 10 < 5 10 > 3 2 10

В данном случае Х fo> 0,625F», т.е. входное сечение FB меньше, чем требуется ,гля равномерной раздачи воздуха по отверстиям, Поэтому часть теплообменной поверхности имеет меньший теплосъем. В предлагаемом рекуператоре Х fo 0,625Рв . что позволяет интенсифицировать теплообмен и нагреть воздух до более высокой тем пературы -(280ОС) по сравнению с базовым

-(230 С) (вариант 1). Степень рекуперации в предлагаемом рекуператоре 17,87; по сравнению с 14.6 в базовом. Здесь же приведены данные (вариант 2) при условии, что геометрические параметры выбраны произвольно беэ учета соотношения (1). Поэтому

ХПД 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 отверстия 11, расположенные по окружности в пределах секторов, ограниченных укаэанными в табл.

1 углами на внутреннюю поверхность наружной трубы 9. Проходя по кольцевому зазору, нагретый воздух собирается в коллекторе 2 и,через патрубок 4 уходит иэ рекуператора, Экономическую эффективность можно оценить, используя данные табл. 2. Ьолее высокий подогрев на 50"С позволяет сз .ономить до 5 топлива.

Формула изобретения

1, Трубчатый рекуператор, содержащий поперечно размещенные в дымовом канале теплообменные элементы в виде соосно установленных труб, внутренние из которых равномерно по длине перфориронаны выпускными отверсгиями и подключены к подводящему каналу, а наружные трубы соединены с отводящим воздушным коллектором.отл и чаю щи йс я тем,что, с целью повышения надежности и эффектив ос и путем интенсификации струйм ого теплообмена, выпускные отверстия в каждой внутренней трубе скомпонованы в группы, смещенные llo окружности трубы .,оответственно к лобовомi и тыльному по отношению к потоку дымовых газов участкам трчбьк

2. Рекуператор по и. 1, о т л и ч л ю щ ий с я 1ем, что при коридорном размещении теплообменных элементов группы отверстий лобового и тыльного участков внугоенней трубы размещены в зоне, ограниченной относительно вертикали соответственно углами + 50 и +150-210 .

3. Рекуператор по и. 1, î r л и ч а ю щ ий с я тем, что при шахматном располо кении теплообменных элементов группы отверстий лобового и тыльного участков внутренней трубы размещены в зоне. ограниченной относительно вертикали углами соответственно 75 и + 150-210 .

4. Рекуператор по по. 1-3. о т л и ч а ю щ ий с я тем, что суммарная площадь выпускных отверстий каждой внутренней трубы удовлетворяет соотношению

0,33 Рк < - fp < 0,625F», где F — живое сечение кольцевого канала между внутренней и наружной трубамл;

F» — живое сечение внутренней трубы, 1702107

Таблица1

=Ъ

Вант ан 1 Лобов шахматное

1 Равномерно

2 р>< 60 р <-60

3 вл> 60 ял) 300

Таблица2 1окаазтель

Поверхность нагрева F.

Диамето отверстия do, Расход воздуха V, ОтношениеИ F.

Тепловой поток q

Нагрев воздуха hl, Степень рекуперации (КПД рекупеоатора

Суммарна поверхнос отверстий Х f>, Параметр 0,33 Р,„

Паоамето 0,625 Рв, Наг. юФух

1702 (07

А 0аспплсж ние шахкаюное тодсрнс

Фиг. z

Хгл, Фиг. S 3ын

-50

S0

Фиг. 4

Составитель T.Íåâåðoâà

Редактор М.Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор M.LUapoLj.

Заказ 4530 Тираж 398 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГKHT СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производств и.нно издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.i àãàðèíÿ. 101