Рекуперативно-горелочный блок

Изобретение относится к области энергетики. Рекуперативно-горелочный блок содержит горелку и рекуператор с узлом подвода воздуха, включающий генератор закрутки потока с тангенциальным патрубком подачи воздуха, прямого и обратного кольцевых воздушных каналов, соединяющихся через завихритель, последовательно подключенных к генератору закрутки потока и разделенных перегородкой, при этом обратный канал подключен к воздушному коллектору, соединенному с горелкой, цилиндрическую теплопередающую стенку, дымовой канал с радиационной и конвективной ступенями, причем последняя содержит заглушенную с заднего торца перфорированную трубу. Входная часть перфорированной трубы выполнена в форме внутренней четверти тора, на внешней поверхности которой установлены выступы, а на внутренней поверхности цилиндрической теплопередающей стенки расположен кольцевой рассекатель потока. Изобретение позволяет увеличить конечную температуру нагреваемого воздуха и обеспечить повышение тепловой эффективности предлагаемого устройства. 5 ил.

 

Изобретение относится к рекуперативным устройствам отопления газовых печей и может быть использовано для высокотемпературного подогрева воздуха, используемого для сжигания топлива в нагревательных и термических печах.

Известен рекуперативно-горелочный блок, содержащий горелку и рекуператор, размещенные вблизи друг друга в кладке печи, где подводящий воздух узел, содержащий генератор закрутки с тангенциально установленным патрубком, подключен последовательно к прямому (внутреннему) и обратному (внешнему) воздушным кольцевым каналам, разделенным цилиндрической перегородкой, а дымовой канал, расположенный соосно воздушным кольцевым каналам и отделенный от внутреннего прямого канала цилиндрической теплопередающей стенкой, содержит радиационную и конвективную ступени, причем последняя содержит перфорированную трубу, заглушенную с одного торца (Сабуров Э.Н. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом / Арх. Гос. техн. ун-т. - Архангельск: Сев. - Зап. кн. изд–во, 1995. - 341 с.) - аналог.

Недостатком данного рекуперативно-горелочного блока является его низкая тепловая эффективность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является рекуперативно-горелочный блок, имеющий горелку и рекуператор, с подводящим в рекуператор воздух узлом, содержащим генератор закрутки с тангенциальным патрубком подачи воздуха, прямого и обратного кольцевых воздушных каналов, последовательно подключенных к генератору закрутки и разделенных перегородкой, при этом обратный канал подключен к воздушному коллектору, соединенному с горелкой, дымовой канал, расположенный соосно с кольцевыми воздушными каналами, и цилиндрическую теплопередающую стенку, последняя расположена между дымовым и обратным воздушным каналами, прямой и обратный каналы соединяются через завихритель, а разделяющая их перегородка выполнена в виде усеченного конуса, расширяющегося в направлении входного отверстия дымового канала (Патент РФ на изобретение № 2682214, МПК F23L 15/04 (2006.1) от 11.07.2018. Опубл. 15.03.2019 Бюл. №8) - прототип.

Недостатком данного рекуперативно-горелочного блока является его низкая тепловая эффективность из-за того, что в передней части конвективной ступени наблюдается слабая интенсивность теплоотдачи от дымовых газов к теплопередающей цилиндрической стенке.

Задача изобретения - повышение тепловой эффективности рекуперативно-горелочного блока.

Для достижения этого в рекуперативно-горелочном блоке, имеющем горелку и рекуператор, с подводящим в рекуператор воздух узлом, содержащим генератор закрутки с тангенциальным патрубком подачи воздуха, соединяющихся через завихритель прямого и обратного кольцевых воздушных каналов, последовательно подключенных к генератору закрутки и разделенных перегородкой, при этом обратный канал подключен к воздушному коллектору, соединенному с горелкой, цилиндрическую теплопередающую стенку, дымовой канал с радиационной и конвективной ступенями, причем последняя содержит заглушенную с заднего торца перфорированную трубу, входная часть которой выполнена в форме внутренней четверти тора, а на ее внешней поверхности установлены выступы, кольцевой рассекатель потока, расположенный на внутренней поверхности цилиндрической теплопередающей стенки.

На фиг. 1 изображен рекуперативно-горелочного блок, продольный разрез; на фиг. 2 - выноска А на фиг.1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг. 5 показаны графики, характеризующие последовательное влияние различных конструктивных элементов на изменение коэффициента теплоотдачи по длине части теплопередающей цилиндрической стенки, расположенной в начале конвективной ступени, в направлениях движения потока дымовых газов: линия 20 - для конвективной ступени конструкции прототипа, линия 21 - для конвективной ступени, входная часть которой выполнена в форме внутренней четверти тора, линия 22 - для конвективной ступени, входная часть которой выполнена в форме внутренней четверти тора, а на внешней ее поверхности установлены выступы, линия 23 - для конвективной ступени, входная часть которой выполнена в форме внутренней четверти тора, с выступами на ее поверхности, а на внутренней поверхности теплопередающей стенки расположен кольцевой рассекатель потока.

На фиг. 5 используются обозначения: α - коэффициент теплоотдачи для случаев исполнения конвективной ступени в предлагаемых конструктивных вариантах; z - продольная координата, отсчитываемая от начала конвективной ступени по направлению движения потока дымовых газов.

Рекуперативно-горелочный блок включает горелку 1 и рекуператор 2, с узлом подвода воздуха в рекуператор, содержащий генератор 3 закрутки потока с патрубком 4 подачи воздуха, расположенным тангенциально по отношению к внутренней поверхности генератора 3 закрутки потока, к которому последовательно подключены прямой 5 и обратный 6 кольцевые воздушные каналы, соединяющиеся через завихритель 7 и разделенные перегородкой 8, причем обратный канал 6 подключен с противоположной стороны к воздушному коллектору 9, соединенному с горелкой 1, а дымовой канал, расположенный соосно с кольцевыми воздушными каналами 5 и 6, имеет цилиндрическую теплопередающую стенку 10, радиационную 11 и конвективную 12 ступени, при этом последняя содержит заглушенную с заднего торца перфорированную трубу 13, образующую кольцевой канал 14 с теплопередающей стенкой 10, причем передний торец перфорированной трубы 15 выполнен в форме внутренней четверти тора, с выступами 16 на его поверхности, а на внутренней поверхности теплопередающей стенки 10 расположен кольцевой рассекатель потока 17, отделяющего переднюю часть кольцевого канала 14 и образующего совокупность вихревых камер 18.

Рекуперативно-горелочный блок работает следующим образом.

Воздух, подводящийся к рекуператору через патрубок 4 тангенциально внутренней поверхности генератора закрутки 3, закручивается, проходит прямой воздушный кольцевой канал 5 и нагревается от его внутренней поверхности - разделяющей воздушные каналы перегородки 8. После чего воздух поворачивается на 1800, закручивается в завихрителе 7 и через обратный кольцевой канал 6 и воздушный коллектор 9 направляется в горелку 1. При этом воздух в канале 6 нагревается от цилиндрической теплопередающей стенки 10 и перегородки 8. Через входное отверстие 19 отработанные продукты сгорания с высокой температурой поступают сначала в радиационную ступень 11 дымового канала, а затем с более низкой температурой в конвективную ступень 12. В радиационной ступени 11 дымовые газы передают теплоту теплопередающей цилиндрической стенке 10 преимущественно за счет излучения, а в конвективной ступени 12 - за счет конвекции от закрученного потока дымовых газов, подаваемых в вихревые камеры 18 через первый ряд отверстий, и струйного их истечения из остальных рядов перфорированной трубы 13 на цилиндрическую теплопередающую стенку 10. Охлажденные дымовые газы удаляются из конвективной ступени по кольцевому каналу 14. Теплопередающая стенка передает часть полученной от дымовых газов теплоты излучением перегородке 8, разделяющей воздушные каналы, и нагревает ее.

В соответствии с представленными на фиг.5 графиком 20, при входе дымовых газов в перфорированную трубу 13 конструкции прототипа, от его входной кромки происходит образование протяженной отрывной зоны, величина давления в которой ниже, чем в кольцевом канале 14. Это приводит к образованию возвратного течения из кольцевого канала 14 обратно в перфорированную трубу 13 через первый ряд отверстий. В кольцевом канале 14 напротив первого ряда отверстий существует застойная зона, а интенсивность теплоотдачи к цилиндрической теплопередающей стенке 10 в этой области наиболее низкая.

При выполнении входной части перфорированной трубы в форме внутренней четверти тора наблюдается плавный вход дымовых газов в перфорированную трубу, ликвидируется зона отрыва потока, повышается давление дымовых газов в перфорированной трубе около первого ряда отверстий, возникает струйное истечение газов из перфорированной трубы в кольцевой канал 14 и коэффициент теплоотдачи на цилиндрической теплопередающей стенке 10 напротив первого ряда отверстий повышается в 3…3,5 раза (линия 21).

Установка выступов 16 перед отверстиями первого ряда уменьшает кинетическую энергию потока дымовых газов у первого ряда отверстий, за счет этого повышается его давление за выступами, улучшается проточность дымовых газов через первый ряд отверстий, увеличивается скорость истечения струй на цилиндрическую теплопередающую стенку 10. Коэффициент теплоотдачи на ее поверхности в области воздействия первого ряда струй увеличивается по сравнению с прототипом от 3,5 до 10 раз (линия 22).

При установке на внутренней поверхности цилиндрической теплопередающей стенки в конвективной ступени кольцевого рассекателя потока, отделяющего переднюю часть кольцевого канала 14, образуется совокупность вихревых камер 18. Закручивание дымовых газов приводит к дополнительной интенсификации теплоотдачи на поверхности. В результате по сравнению с прототипом коэффициент теплоотдачи увеличивается здесь от 5,5 до 13 раз (линия 23).

Представленные результаты получены авторами при численном моделировании аэродинамики и теплоотдачи в конвективной ступени рекуперативно-горелочного блока тепловой мощностью 140 кВт в трехмерной постановке с использованием программного комплекса ANSYS Fluent 15.0. Тестирование методики расчетов выполнено по опытным данным, полученным при струйном течении теплоносителя в модульном рекуператоре (Сабуров Э.Н., Осташев С.И., Орехов А.Н., Леухин Ю.Л. и др. Исследование аэродинамики и конвективного теплообмена на натурной модели струйного модульного рекуператора // Промышленная энергетика. 1988. № 6. - С. 33–37). Сопоставление расчетов и экспериментов показало их хорошее совпадение.

При выполнении входной части перфорированной трубы в форме внутренней четверти тора и установке плавных выступов перед отверстиями первого ряда, улучшается проточность дымовых газов через первый ряд отверстий, увеличивается скорость натекания струй на цилиндрическую теплопередающую стенку. Установка на внутренней поверхности последней в конвективной ступени кольцевого рассекателя потока, отделяет переднюю часть кольцевого дымового канала и образует совокупность вихревых камер, в которых происходит закручивание потока дымовых газов. Увеличение скорости натекания струй дымовых газов, а также закрутка потока приводят к значительной интенсификации теплоотдачи на цилиндрической теплопередающей поверхности. Все перечисленные мероприятия обеспечат увеличение коэффициента теплопередачи от дымовых газов к нагреваемому воздуху, более высокую конечную температуру нагреваемого воздуха и приведут к повышению тепловой эффективности предлагаемого устройства.

Рекуперативно-горелочный блок, содержащий горелку и рекуператор с узлом подвода воздуха, включающий генератор закрутки потока с тангенциальным патрубком подачи воздуха, прямого и обратного кольцевых воздушных каналов, соединяющихся через завихритель, последовательно подключенных к генератору закрутки потока и разделенных перегородкой, при этом обратный канал подключен к воздушному коллектору, соединенному с горелкой, цилиндрическую теплопередающую стенку, дымовой канал с радиационной и конвективной ступенями, причем последняя содержит заглушенную с заднего торца перфорированную трубу, отличающийся тем, что входная часть перфорированной трубы выполнена в форме внутренней четверти тора, на внешней поверхности которой установлены выступы, а на внутренней поверхности цилиндрической теплопередающей стенки расположен кольцевой рассекатель потока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано для утилизации тепла и очистки уходящих печных и дымовых газов, а также вентиляционных выбросов при температурах ниже точки росы. Cтеклоблочный воздухоподогреватель-очиститель содержит корпус, снабженный торцевыми крышками, торцевыми трубными досками, патрубками входа и выхода нагреваемого воздуха, соответственно, верхней крышкой с верхней трубной доской и патрубком входа горячих газов, внутри которой помещены секционные распределители, соединенные с коллектором промывочной воды, нижней крышкой с нижней трубной доской, поддоном и патрубком выхода охлажденных газов, на входе в который расположен каплеотбойник, внутри корпуса на нижней трубной доске установлены вертикальные ряды одноканальных стеклоблоков с шероховатыми внутренними стенками, создающие горизонтальные воздушные каналы, между которыми помещены вертикальные секции очистки, также установленные на нижнюю трубную доску, образующие вертикальные газовые каналы, причем каждая секция очистки состоит из вертикального каркаса, снабженного зажимами, в котором в шахматном порядке расположены вертикальные прямоугольные контейнеры с перфорированными стенками, выполненные из коррозионноустойчивого материала, пространство между которыми образует газовые каналы, и заполненные гранулами металлургической пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром от 5 до 10 мм.

Изобретение относится к области энергетики. Способ предварительного нагревания текучей среды (40) выше по потоку относительно печи посредством теплообмена с дымовыми газами (10), отводимыми из печи через канал (11), заключается в том, что жидкость или газообразная среда (31) проходит через камеру (20) с первым расходом; дымовые газы (10) в канале (11) нагревают среду (31) в камере (20) посредством теплообмена через первую стенку (21), отделяющую среду (31) в камере (20) от дымовых газов (10) в канале (11), при этом получают нагретую среду (32); текучая среда (40) проходит через по меньшей мере один трубопровод (41) со вторым расходом, причем по меньшей мере один трубопровод (41) имеет вторую стенку, отделяющую текучую среду (40) внутри по меньшей мере одного трубопровода (41) от среды (31) внутри камеры (20); среда (31), нагретая в камере (20), предварительно нагревает текучую среду (40) в по меньшей мере одном трубопроводе (41) посредством теплообмена через вторую стенку, при этом получают предварительно нагретую текучую среду (42); предварительно нагретую текучую среду (42) доставляют в печь.

Изобретение относится к области энергетики. Способ предварительного нагревания текучей среды (40) выше по потоку относительно печи посредством теплообмена с дымовыми газами (10), отводимыми из печи через канал (11), заключается в том, что жидкость или газообразная среда (31) проходит через камеру (20) с первым расходом; дымовые газы (10) в канале (11) нагревают среду (31) в камере (20) посредством теплообмена через первую стенку (21), отделяющую среду (31) в камере (20) от дымовых газов (10) в канале (11), при этом получают нагретую среду (32); текучая среда (40) проходит через по меньшей мере один трубопровод (41) со вторым расходом, причем по меньшей мере один трубопровод (41) имеет вторую стенку, отделяющую текучую среду (40) внутри по меньшей мере одного трубопровода (41) от среды (31) внутри камеры (20); среда (31), нагретая в камере (20), предварительно нагревает текучую среду (40) в по меньшей мере одном трубопроводе (41) посредством теплообмена через вторую стенку, при этом получают предварительно нагретую текучую среду (42); предварительно нагретую текучую среду (42) доставляют в печь.

Изобретение относится к области энергетики. Способ эксплуатации печи (1) включает этап нагрева, на котором топливо и окислитель подают в печь (1), печь (1) нагревают за счет сгорания топлива с окислителем с образованием тепла и отходящих газов (10), при этом отходящие газы (10) отводят из печи (1) через трубу (11).

Изобретение относится к области энергетики. Способ эксплуатации печи (1) включает этап нагрева, на котором топливо и окислитель подают в печь (1), печь (1) нагревают за счет сгорания топлива с окислителем с образованием тепла и отходящих газов (10), при этом отходящие газы (10) отводят из печи (1) через трубу (11).

Изобретение относится к области энергетики. Рекуперативная горелка содержит корпус, имеющий теплообменник, который содержит первый канал, предназначенный для воздуха для сжигания, и второй канал, предназначенный для отходящих газов, и содержит по меньшей мере одну первую трубку для выпуска отходящих газов.

Горелка // 2689654
Изобретение относится к области энергетики. Горелка содержит систему всасывания рециркулирующихся дымовых газов непосредственно из камеры сгорания при помощи инжектора 1, в который подается поддерживающее горение вещество; систему теплообмена, выполненную с возможностью теплообмена между рециркулирующимися дымовыми газами и поддерживающим горение веществом; систему впрыска топлива непосредственно в рециркулирующиеся дымовые газы, содержащие или не содержащие поддерживающее горение вещество, с образованием смеси: топливо, рециркулирующиеся дымовые газы, поддерживающее горение вещество в зоне вокруг выпускного отверстия инжектора поддерживающего горение вещества и последующего введения смеси в указанную камеру сгорания, при этом инжектор 1 образуется из труб 1а, которые параллельны в своих выходных частях, а также из выпускного конуса 11 горелки, при этом горелка содержит кольцевой канал 12, который представляет собой всасывающую систему для рециркулирующихся дымовых газов, транзитную камеру 2, системы 5 и 8 впрыска топлива, при этом системы впрыска топлива являются впрыскивающей системой 5 и впрыскивающей системой 8, при этом система теплообмена горелки формируется из стенок канала, ограничивающих поток поддерживающего горение вещества, которые имеют поверхность или ее часть, контактирующую с рециркулирующимися дымовыми газами; поток поддерживающего горение вещества движется в противотоке по отношению к входящим дымовым газам, проходящим в кольцевой канал 12, при этом топливо непосредственно вводится выше по потоку от инжектора 1 в рециркулирующиеся дымовые газы системой 5 впрыска и/или ниже по потоку от выходной передней секции инжектора 1 системой 8 впрыска в смесь поддерживающего горение вещества и рециркулирующихся дымовых газов, в последнем случае рециркулирующиеся дымовые газы уже содержат топливо, когда система 5 впрыска также используется, при этом топливо впрыскивается в транзитную камеру 2, и когда топливо является жидким, то происходит его переход в газообразное состояние, при этом в транзитной камере 2 не происходит сжигания топлива.

Изобретение относится к рекуперативным устройствам отопления газовых печей и может быть использовано для высокотемпературного подогрева воздуха, используемого для сжигания топлива в нагревательных и термических печах. Рекуперативно-горелочный блок содержит горелку и рекуператор с узлом подвода воздуха, включающий генератор закрутки потока с тангенциальным патрубком подачи воздуха, прямой и обратный кольцевые воздушные каналы, последовательно подключенные к генератору закрутки потока и разделенные перегородкой, воздушный коллектор, соединенный с горелкой и обратным кольцевым каналом, дымовой канал, расположенный соосно с кольцевыми воздушными каналами, и цилиндрическую теплопередающую стенку, цилиндрическая теплопередающая стенка расположена между дымовым и обратным воздушным каналами, прямой и обратный каналы соединяются через завихритель, а разделяющая их перегородка выполнена в виде усеченного конуса, расширяющегося в направлении входного отверстия дымового канала.

Изобретение относится к рекуперативным устройствам отопления газовых печей и может быть использовано для высокотемпературного подогрева воздуха, используемого для сжигания топлива в нагревательных и термических печах. Рекуперативно-горелочный блок содержит горелку и рекуператор с узлом подвода воздуха, включающий генератор закрутки потока с тангенциальным патрубком подачи воздуха, прямой и обратный кольцевые воздушные каналы, последовательно подключенные к генератору закрутки потока, воздушный коллектор, соединенный с горелкой и обратным кольцевым каналом, дымовой канал, расположенный соосно с кольцевыми воздушными каналами, и теплопередающую стенку, теплопередающая стенка выполнена в виде усеченного конуса, расширяющегося в направлении входного отверстия дымового канала.

Изобретение относится к теплообменным устройствам для подогрева жидких или газообразных сред и может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Теплогенератор универсальный содержит металлический корпус с установленным в нем с открытым радиальным зазором устройство горелочное (УГ) с хотя бы одним каналом подачи топлива и трубопровод для подачи и отвода теплоносителя (жидкого или газообразного), При этом (УГ) является устройством диффузионно-инжекционного типа.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к хвостовому оборудованию котельных установок, и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов от вредных примесей и утилизации их тепла. Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является увеличение эффективности комплексного шахтного воздухоподогревателя. Технический результат достигается тем, что предлагаемый комплексный шахтный воздухоподогреватель включает прямоугольный корпус, в котором сверху вниз расположены: воздухоподогреватель-термоэлектрогенератор, снабженный верхней крышкой с патрубком входа дымовых газов и боковыми крышками, снабженными патрубками входа и выхода воздуха, съемными боковыми крышками, в котором установлены продольные вертикальные гофрированные перегородки с вертикальными ребрами, обращенными попарно друг к другу, в пазы гофр которых вставлены термоэлектрические секции, образуя газовые и воздушные каналы, соответственно; расположенный в корпусе снизу воздухоподогревателя-термоэлектрогенератора и соединенный с ним через газовые каналы адсорбер, снабженный сбоку съемной крышкой, каплеотбойником, патрубком выхода дымовых газов и пирамидальным днищем с конденсатным патрубком, причем внутри корпуса адсорбера на опорных уголках, выполняющих функцию анодных шин, диэлектрически изолированных от корпуса и соединенных между собой анодными планками, в шахматном порядке уложены горизонтальные перфорированные корзины, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, над каждой корзиной размещены перфорированные снизу промывочные патрубки, соединенные с промывочным коллектором, при этом термоэлектрические секции воздухоподогревателя-термоэлектрогенератора составлены из термоэлектрических элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, сплющенные и спаянные на концах между собой, соединенные в ряды, устроенные таким образом, что передние и задние спаи нескольких параллельных рядов каждого термоэлектрического элемента соединены между собой параллельно секционными коллекторами, представляющими собой пластины, выполненные из металла с высокой электропроводностью, покрытыми снаружи слоем материала-диэлектрика, в отверстия которых вставлены передние и задние спаи термоэлектрических элементов, образуя вышеупомянутые термоэлектрические секции, задние и передние секционные коллекторы которых соединены перемычками с однополюсными коллекторами электрических зарядов, образуя термоэлектрический блок, при этом секционные коллекторы каждой пары термоэлектрических секций, обращенные в сторону газового канала, располагаются в пазах гофр вертикальных ребер в вертикальных перегородках, параллельно их боковой поверхности и плотно прижаты к ним, противоположные части вышеупомянутых секционных коллекторов термоэлектрических секций расположены в воздушных каналах полости воздухоподогревателя-термоэлектрогенератора, а все термоэлектрические блоки, в свою очередь, через преобразователь соединены с опорными уголками и корпусом. 11 ил.
Наркология
Наверх