Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
РЕКУПЕРАТОР
РЕКУПЕРАТОР

РЕКУПЕРАТОР

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение предназначено для использования в нагревательных печах с нагревом воздуха в рекуператорах в металлургической, машиностроительной и других областях промышленности. Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении температуры нагреваемого воздуха и снижении эмиссии (образование) оксидов азота в печи. Указанный технический эффект достигается тем, что в рекуператоре, включающем насадку из керамических труб и соединительных элементов, заключенную в камеру с выходными и входными каналами, надрекуператорное и подрекуператорное пространства, воздухосборник нагретого воздуха, надрекуператорное пространство выполнено сообщающимся с внутренней полостью воздухосборника, разрежение (Р1) в которой, создаваемое вентилятором, всегда выше, чем в надрекуператорном пространстве (Р2). Вследствие перепада разрежений (Р12) осуществляется переток части высоконагретых дымовых газов из надрекуператорного пространства в полость воздухосборника. При этом суммарное проходное сечение перепускных каналов, выполненных в стенке, разделяющей надрекуператорное пространство с воздухосборником, составляет 0,01 - 0,11 суммарного проходного сечения воздушных каналов, входящих в воздухосборник из камеры насадки, и определяется по заданной зависимости. 2 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2138737
Класс(ы) патента: F23L15/04
Номер заявки: 98109690/06
Дата подачи заявки: 20.05.1998
Дата публикации: 27.09.1999
Заявитель(и): Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Автор(ы): Нахаев П.Е.; Беремблюм Г.Б.; Тищенко А.Д.; Макашов В.В.; Усков В.В.; Душенин А.В.; Аксенов С.В.
Патентообладатель(и): Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Описание изобретения: Изобретение относится к газопечной теплотехнике и может быть использовано в нагревательных печах с нагревом воздуха в рекуператорах в металлургической, машиностроительной и других областях промышленности.
Наиболее близким по технической сущности является рекуператор, включающий насадку из керамических трубок и соединительных элементов, воздухосборник нагретого воздуха, надрекуператорное и подрекуператорное пространства. Насадка рекуператора заключена в камеру с входными и выходными каналами. Дымовые газы из печи поступают в надрекуператорное пространство, из которого входят в керамические трубки, проходя по которым отдают через них тепло воздуху, проходящему по межтрубному пространству, выходят в подрекуператорное пространство и далее - по дымопроводу печи на котлы-утилизаторы и в дымовую трубу.
Воздух при помощи вентилятора засасывается через входные каналы камеры насадки, проходит между трубками насадки, нагреваясь от контакта с ними и через выходные каналы камеры насадки поступает в воздухосборник и далее - вентилятором по воздухопроводам на горелки печи (см. Справочник конструктора печей прокатного производства т. 1, М., Металлургиздат, 1970, с.542, рис. XVIII-5).
Недостатком известного рекуператора является то, что по ходу его эксплуатации из-за механических и тепловых нагрузок снижается газоплотность его насадки, вследствие чего возрастает утечка воздуха в дымовые каналы, снижается теплообмен в насадке рекуператора и температура нагреваемого воздуха (на 50-200oC), что приводит к повышенному расходу топлива на нагрев металла в печи и увеличению затрат на восстановительный ремонт рекуператора.
Технической задачей изобретения является повышение температуры нагреваемого воздуха и снижение затрат на ремонт рекуператора.
Техническая задача решается тем, что в рекуператоре, включающем насадку из керамических трубок и соединительных элементов, заключенную в камеру с выходными и входными каналами, надрекуператорное и подрекуператорное пространства, воздухосборник нагретого воздуха, надрекуператорное пространство выполнено сообщающимся с внутренней полостью воздухосборника через перепускные каналы в стенке, разделяющей надрекуператорное пространство с воздухосборником, при этом суммарное проходное сечение каналов составляет 0,01-0,11 суммарного проходного сечения выходных каналов из камеры насадки в воздухосборник и определяется по зависимости:

где f - суммарное проходное сечение перепускных дымовых каналов, м2;
F - суммарное проходное сечение воздушных каналов, входящих в воздухосборник, м2;
ϕ - количество дымовых газов на единицу воздуха, поступающего в воздухосборник, м33;
K - эмпирический коэффициент, равный 0,2-0,4,безразмерный;
P1 и P2 - разрежение соответственно в воздухосборнике и в надрекуператорном пространстве, кгс/м2;
Tд и Tв - температура соответственно дымовых газов и воздуха, поступающих в воздухосборник, K.
В полости воздухосборника поддерживается более высокое разрежение (Р1), чем в надрекуператорном пространстве (P2), обусловленное более высоким гидравлическим сопротивлением насадки рекуператора по воздуху по сравнению с гидравлическим сопротивлением участка дымопровода от выхода дымовых газов из печи до надрекуператорного пространства по дыму.
Вследствие перепада разрежений (P1-P2) осуществляется переток части высоконагретых дымовых газов из надрекуператорного пространства в полость воздухосборника. За счет этого повышается температура воздуха, поступающего на горение. Дополнительно, ввиду разбавления воздуха дымовыми газами, понижается температура горения топлива и концентрация кислорода в зоне реакции окисления азота, в связи с чем уменьшается образование оксидов в печи и выброс вредных веществ в окружающую среду.
Перепускные каналы выполняются различной конфигурации и располагаются равномерно по длине стенки, разделяющей полость воздухосборника и надрекуператорное пространство. Часть перепускных каналов может резервироваться перекрытием их огнеупорными изделиями насухо или на огнеупорном растворе.
Суммарное проходное сечение действующих перепускных каналов определяется по вышеприведенной зависимости.
Так как воздух и дымовые газы засасываются в воздухосборник вентилятором, создающим общую для этих потоков движущую силу, равную разрежению (Р1) в воздухосборнике, то система смешения потоков осуществляется по закону инжекции с постоянным соотношением их количеств. Изменение соотношения "дым-воздух" достигается изменением проходного сечения перепускных дымовых каналов (f) при постоянстве проходного сечения воздушных каналов (F), т.е. изменением соотношения проходных сечений по дыму и воздуху (f/F).
Постоянство соотношения количеств дымовых газов и воздуха обусловлено также и тем, что для конкретных конструкций коэффициенты гидравлического сопротивления дымового тракта и рекуператора по воздуху со входом потоков дымовых газов и воздуха в воздухосборник так же постоянны, а параметры P2, Tд, Tв могут незначительно отклоняться от своих средних значений за время работы печи, что существенно не влияет на устойчивость соотношения потоков. Это исключает необходимость применения для целей регулирования соотношения "дым-воздух" специальных контрольно-измерительных и регулирующих средств и систем.
Диапазон отношений суммарного проходного сечения перепускных дымовых каналов к суммарному проходному сечению воздушных каналов, входящих в воздухосборник f/F=0,01-0,11 объясняется тем, что при меньших значениях эффективность мероприятия мала - повышение температуры воздуха незначительно, а при больших значениях температура смеси дым+воздух может превосходить допустимую (400oC) по условиям эксплуатации вентилятора. Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от значения величины расхода дымовых газов на единицу воздуха (ϕ), поступающих в воздухосборник, которая может быть определена по зависимости

где tсм - температура смеси дымовых газов с воздухом на выходе из воздухосборника, oC;
tд и tв - температура соответственно дымовых газов и воздуха, поступающих в воздухосборник, oC
CO2дг, O2дг и CO2см, O2см - содержание двуокиси углерода (COS) и кислорода (CO2) - соответственно в сухих дымовых газах, поступающих в воздухосборник из надрекуператорного пространства и в их смеси с воздухом, %.
Диапазон значений эмпирического коэффициента "К" в пределах 0,2-0,4 объясняется соотношением пропускных способностей воздушного и дымового трактов рекуператора на пути движения потоков воздуха и дымовых газов в воздухосборник. При меньших значениях относительное проходное сечение перепускных каналов (f/F) возрастает, а при больших значениях, снижается сверх необходимых значений. Указанный диапазон устанавливается в обратной зависимости от отношения f/F.
Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого рекуператора с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".
Ниже дан вариант осуществления изобретения. На фиг.1 показана схема рекуператора, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид А.
Рекуператор состоит из огнеупорного корпуса 1, керамических трубок 2 с зазорами между ними, соединительных элементов 3, образующих, вместе с трубками 2, межтрубное пространство 4 для прохода воздуха, входных 5 и выходных 6 каналов в камере насадки, надрекуператорного 7 и подрекуператорного 8 пространств, стенки 9 с перепускными каналами 10 в ней, разделяющей надрекуператорное пространство 8 и воздухосборник 11, отсасывающего патрубка 12 в воздухосборнике 11, расположенном на стороне всаса вентилятора.
Рекуператор работает следующим образом.
Пример. Дымовые газы из печи поступают в подрекуператорное пространство 7 с небольшим разрежением в нем (Р2), откуда часть их (ϕ) через перепускные каналы 10 в разделительной стенке 9 под действием более высокого разрежения (Р1), создаваемого вентилятором, поступает в воздухосборник 11, где смешивается с поступающим туда же подогретым воздухом.
Суммарное проходное сечение перепускных каналов 10 в разделительной стенке 9 устанавливается по зависимости

где f - суммарное проходное сечение перепускных дымовых каналов, м2;
F - суммарное проходное сечение воздушных каналов входящих в воздухосборник, м2;
ϕ - количество дымовых газов на единицу воздуха, поступающих в воздухосборник, м33;
K - эмпирическим коэффициент, равный 0,2-0,4
P1 и P2 - разрежение соответственно в воздухосборнике и в надрекуператорном пространстве кгс/м2;
Tд и Tв - температура соответственно дымовых газов и воздуха, поступающих в воздухосборник, К.
Остальная, большая часть дымовых газов из надрекуператорного пространства 7 поступает в насадку рекуператора, проходит по керамическим трубкам 2, нагревая воздух, выходит из них в подрекуператорное пространство 3 и, далее, по дымопроводу печи на котлы-утилизаторы и в дымовую трубу.
Воздух под действием вентилятора (не показан) через входные каналы 5 входит в насадку рекуператора, проходит по ее межтрубному пространству 4, где нагревается в результате контакта с керамическими трубками (1-я ступень нагрева) внутри которых движутся горячие дымовые газы, и через выходные каналы 6 поступает в воздухосборник 11, где смешивается с дымовыми газами, поступающими туда же через перепускные каналы 10 в разделительной стенке 9 (2-я ступень нагрева). Далее нагретый воздух из воздухосборника 11 через патрубок 12 отсасывается вентилятором и по системе воздухопроводов подается в горелки печи.
Расход воздушно-дымовой смеси на горение единицы топлива, по сравнению с работой на чистом воздухе увеличивается в соотношении где 21 и O2см -содержание кислорода соответственно в воздухе и в воздушно-дымовой смеси.
В таблице приведены примеры работы рекуператора с различными технологическими и конструктивными параметрами.
В первом примере, при высокой пропускной способности рекуператора по воздуху (К>0,4) и малом значении отношения f/F не обеспечивается перетока необходимого количества дымовых газов из надрекуператорного пространства в воздухосборник, подогрев воздуха практически отсутствует, расход его через рекуператор превышает необходимый уровень (65-90 тыс. мЮ3/ч) для нормальной работы печи.
В пятом примере, при низкой пропускной способности рекуператора по воздуху (К<0,2) и величине отношения f/F>0,12 имеет место высокий расход дымовых газов на единицу воздуха (ϕ = 0,336), нагрев воздуха выше допустимых значений (400 с) по условиям эксплуатации вентилятора, низкое содержание кислорода в смеси воздуха с дымовыми газами и недостаточный расход воздуха поступающего на печь через рекуператор.
В шестом примере, прототипе вследствие низкой газоплотности и низкого, по этой причине, теплообмена в рекуператоре имеет место низкий нагрев воздуха (200oC).
В примерах 2, 3, 4 вследствие оптимальных значений f/F обеспечивается высокий уровень нагрева воздуха при различных конструктивных и технологических параметрах рекуператора за счет осуществления перетока части высокотемпературных дымовых газов из надрекуператорного пространства в воздухосборник.
Использование рекуператора позволяет повысить температуру нагрева воздуха. В связи с этим снижается расход топлива на нагрев металла в печи на 5-10%, а также величина затрат на ремонт рекуператора.
Дополнительно, за счет сжигания топлива в воздушно-дымовой смеси, уменьшается образование оксидов азота в печи и выброс вредных веществ в окружающую среду.
Формула изобретения: Рекуператор, включающий насадку из керамических трубок и соединительных элементов, заключенную в камеру с выходными и входными каналами, надрекуператорное и подрекуператорное пространство, воздухосборник нагретого воздуха, отличающийся тем, что надрекуператорное пространство выполнено сообщающимся с внутренней полостью воздухосборника через перепускные каналы в стенке, разделяющей надрекуператорное пространство с воздухосборником, при этом суммарное проходное сечение упомянутых каналов составляет 0,01-0,11 суммарного проходного сечения выходных каналов из камеры насадки в воздухосборник и определяется по зависимости

где f - суммарное проходное сечение перепускных дымовых каналов, м2;
F - суммарное проходное сечение воздушных каналов, входящих в воздухосборник, м2;
ϕ - количество дымовых газов на единицу воздуха, поступающего в воздухосборник, м33;
К - эмпирический коэффициент, равный 0,2-0,4;
Р1 и Р2 - разрежение соответственно в воздухосборнике и в надрекуператорном пространстве, кгс/м2;
Тд и Тв - температура соответственно дымовых газов и воздуха, поступающих в воздухосборник, К.