HU185560B

HU185560B - Energy-spare radiant heating building unit with multi-stage heat recovery particularly for industrial furnaces

Info

Publication number: HU185560B
Application number: HU289282A
Authority: HU
Inventors: Tibor Voeroes; Janos Wunderlich; Bertalan Stark
Original assignee: Tibor Voeroes; Janos Wunderlich; Bertalan Stark
Priority date: 1982-09-10
Filing date: 1982-09-10
Publication date: 1985-02-28

Abstract

A találmány főleg ipari hevítő — hőkezelő, megeresztő, edző, kovács, zománc, kerámia stb. — kemencék munkatér falazatának olyan sugárzó fűtő építőelemekből való kialakítása, mely által a falazat sugárzó felülete, emiszszióképessége megnő és a távozó füstgázok hasznosítása az építőelem részét képező, spe ' ’.lis furatokkal ellátott áteresztő idomon kívül, az elembe épített levegő előmelegítővel történik. Az l.sz. ábra szemlélteti, hogy a találmány szerinti megoldásnál egyetlen falelem 1 égőt (terítettlángút, vagy hagyományost), valamint növelt emiszsziós tényezőjű 2 áteresztő idomot, valamint 6 rekuperátort tartalmaz. A találmányi megoldás révén az egyes szerkezeti elemek előnyei egyidőben, egy adott helyen, egymás hatását növelve jelentkeznek. A sugárzó fűtő építőelemmel épített kemencék közvetlen fűtési rendszere ellenére a füstgáz a hevítendő betéttel alig érintkezik. Ezáltal meközelíti a tokos kemencék üzemmódját. Az építőelem hagyományos égővel építve üstök falazatának szárítására, izzítására is alkalmas. A fűtő sugárzó építőelemmel elérhető az 1350—1400 °Cos betéthőmérséklet. Az építőelemmel épített kemencék méretei és fal veszteségei csökkennek. A hevítési idő lerövidül, a kemence hatásfoka javul, a tervezés leegyszerűsödik, az építés gyorsabb lesz, a kemence üzeme energiatakarékosabbá válik. j 1. ábra -1-The invention relates mainly to industrial heating - heat treatment, tempering, coaching, blacksmith, enamel, ceramics, etc. - design of furnace workpiece masonry from radiating heater building blocks by which the radiating surface of the masonry, the emissivity of the masonry increases, and the exhaust fumes are utilized in addition to the spe ''. No. Figure 1 shows that, in accordance with the present invention, a single wall element comprises a burner (set flame or a conventional flame), and a transmissive element with an increased emissivity factor, and a recuperator. By the present invention, the advantages of each structural element occur simultaneously, in a given place, by increasing each other's effects. Despite the direct heating system of the furnaces built with the radiant heater element, the flue gas hardly contacts the heater to be heated. In this way, the mode of the encapsulated furnaces is widened. The building block is also suitable for drying and firing cauldron masonry with a traditional burner. The heater radiant construction element is available with a fill temperature of 1350-1400 ° C. The dimensions and wall losses of the built-in furnaces are reduced. The heating time is shortened, the efficiency of the furnace is improved, the design is simplified, the construction becomes faster, the furnace operation becomes more energy efficient. j Figure 1 -1-

Description

A találmány főleg ipari hevítő kemencék munkatér falazatának, elsősorban boltozatának, olyan sugárzó fűtő építőelemekből való kialakítása, mely által a falazat sugárzó felülete és az emisszió-képesség megnő és a távozó füstgázok hasznosítása az áteresztő idomon kívül a su- g gárzó fűtő építőelembe épített levegő előmelegítővel történik.The present invention relates in particular to the construction of a masonry wall, in particular an arch, of industrial heating furnaces, which increases the radiant surface and the emission capacity of the masonry and utilizes the exhaust fumes outside the permeable fitting in the radiant heating element. It happens.

Az irodalomból, vagy a gyakorlatból külön-külön ismertek az égő, az áteresztőfal, a falfelület növelése és az emisszióképesség közötti összefüggés, valamint a rekuperátor.The relationship between the burner, the permeable wall, the increase of the wall surface and the emission capacity, and the recuperator are known from the literature or practice.

J.H. Brunklaus: Industrieöfen Bau und Berieb: Vulkán Verlag. Essen. 1979. 4. Auflage: 728-742 old.J. H. Brunklaus: Industrieöfen Bau und Berieb: Vulcan Verlag. Essen. 1979. 4. Auflage: pp. 728-742.

T.Senkara: Wármetechnische Rechnungen für Gas- und Ölbeheizte Wármeöfen, Vulkán Verlag. Essen. 1977.349350 old.T.Senkara: Wärmetechnische Rechnungen für Gas- und Ölbeheizte Wármeöfen, Vulcan Verlag. Essen. 1977.349350 p.

Bassa G. Könczöl S.: Lángok és szilárd testek emissziós tényezőinek tulajdonságairól. Energiagazdálkodás:Bassa G. Könczöl S .: On the properties of emission factors of flames and solids. Power management:

1977. 8-9 sz. 329-335 old.No. 8-9, 1977. 329-335.

Balázsovics G: A gázáteresztő porózus kemencefái hő- 20 technikai vizsgálata. Építőanyag 1962. 11. sz. 407-413 old.Balázsovics G: Thermal engineering examination of gas-permeable porous furnace wood. Building Material 1962 No. 11 407-413.

Vörös T. Wunderlich I: Növelt sugárzó felületű kemence elem, főleg ipari kemencék számára című 180378 lajstromszámú szabadalmi bejelentés.) 25Red T. Wunderlich I: Patent Application No. 180378 with Increased Radiant Surface Furnace Element, Especially for Industrial Furnaces.) 25

Nem ismert azonban olyan megoldás, amelynél az égő, a növelt emisszióstényezőjű áteresztőfal, valamint a rekuperátor egyetlen sugárzó fűtő építőelembe lenne összeépítve. Ezzel a megoldással az egyes szerkezeti elemek előnyei egyidőben, egy adott helyen egymás hatását nö- 39 velve jelentkeznek. Az égőből kiáramló füstgázok az áteresztő idomon keresztül haladva az építőelem teljes felületén egyenletes hőmérsékletet eredményeznek azáltal, hogy a belső rekuperáció révén a különleges kialakítású furatokban a füstgázok tökéletesen elégnek és a növelt 35 emisszióstényezőjű hő közvetlenül a munkadarabnak átadódik.However, there is no known solution in which the burner, the pass-through wall with the increased emission factor and the recuperator are integrated in a single radiator heater. With this solution, the advantages of the individual structural elements occur at the same time, increasing the effect of each other in a given place. The flue gases flowing out of the burner, passing through the through-piece, result in a uniform temperature across the entire surface of the building block, through perfect internal combustion of the flue gases in the specially designed boreholes and direct heat to the workpiece.

Az egyenletesen izzó felületről a furatokban tökéletesen elégett füstgázok a sugárzó fűtő építőelemben kialakított rekuperátorba jutva az égő égéslevegőjét elómele- 40 gítik, amely közvetlenül a sugárzó fűtő építőelemen belül jut az égőhöz.From the uniformly heated surface, the flue gases perfectly burned in the holes into the recuperator formed in the radiator heater, preheat the combustion air of the burner, which is supplied directly to the burner within the radiator heater.

További és eddig nem ismert előnyként jelentkezik, hogy a sugárzó fűtő építőelemmel épített kemencék közvetlen fűtési rendszere ellenére a füstgáz a hevítendő be- 45 téttel alig érintkezik. Ezáltal meközelíti a tokos kemencék üzemmódját, de annál lényegesen nagyobb térhőmérsékletek elérését is lehetővé teszi. A találmány szerinti sugárzó fűtő építőelem alkalmazásával biztosítani lehet az 1350—1400 °C betéthőmérsékletet. 50A further and hitherto unknown advantage is that despite the direct heating system of the furnaces built with the radiant heating element, the flue gas is barely in contact with the heating element. In this way, it approximates the operation mode of the stove ovens, but also allows significantly higher room temperatures. By using the radiant heating building block according to the invention, the insertion temperature of 1350-1400 ° C can be achieved. 50

A találmány szerinti sugárzó fűtő építőelemmel készüli berendezések előnye még, hogy a sugárzó felület és a betét közötti távolság csökken, a távolság csökkenésének négyzetével a hőátadás nő, a hevítési idő pedig lerövidül, a kemence hatásfoka javul. 55A further advantage of the apparatus of the present invention is that the distance between the radiating surface and the insert is reduced, the square of the distance decreases the heat transfer, the heating time is shortened and the furnace efficiency is improved. 55

Azáltal, hogy a betét és a sugárzó fűtő építőelem közötti távolság csökken, a kemence munkaterének mérete és az egész berendezés geometriai mérete is kisebb lesz. Ezáltal a kemence falazati vesztesége és ára is mérséklődik. 60By reducing the distance between the insert and the radiator, the size of the furnace working space and the geometry of the entire unit will be reduced. This also reduces the loss and price of the furnace masonry. 60

A találmány szerinti sugárzó fűtő építőelemmel az építés egyszerűbb, a szerelési — építési — idő lerövidül. Lehetővé válik a kemencék tipizálása és az elemek sorozatgyártása. Lényegesen lerövidül a gyártmányok tervezési, gyártási és szerelési, vagyis megvalósulási időszükséglete.The radiant heating element according to the invention simplifies construction and shortens assembly time. It is possible to type furnaces and serialize batteries. Significantly shortens the time needed to design, manufacture and assemble products.

A találmány szerinti sugárzó fűtő építőelem műszakilag haladó, mert önmagában többféle rekuperációs hatást egyesít, javítja a sugárzási hőátadást, egyenletesebb felülethőmérsékletet biztosít, a közvetlen fűtés ellenére a füstgázok a betéttel alig érintkeznek, a sugárzó felület a betéthez közel kerül, miáltal a sugárzási hőátadás javul, az épített berendezés méretei csökkennek, megvalósítható a tipizálás, a sorozatgyártás és lerövidül a berendezés megvalósításának átfutási ideje.The radiant heating element according to the invention is technically advanced because it combines various recuperative effects in itself, improves radiative heat transfer, provides a more uniform surface temperature, despite direct heating, the flue gases are barely in contact with the insert, thus radiating heat, the size of the built equipment is reduced, typing, serial production and turnaround time of the equipment can be shortened.

A találmány szerinti elem közepén égő van. amelyből az irányítottan kiáramló füstgázok tökéletes elégését a munkatér felőli oldalon lévő áteresztő idom biztosítja. Az áteresztő idom furatai a munkatér felőli oldalon speciálisan kialakított bővítéssel végződnek, amelyek barázdákban, vagy sík felületen helyezkednek el. Ez a kialakítás a sugárzó felület emissziós tényezőjét mintegy 10%-kai növeli. Ezáltal a sugárzással átszármaztatott hőmennyiség lényegesen megnő és ennek következtében a munkadarab hevítési ideje csökken, a kemence hatásfoka nő.In the center of the element according to the invention is a burner. whereby the perfect flue gas burnout is provided by the permeable side of the work area. The holes for the permeable section end with a specially designed extension on the work space side, which is located in grooves or on a flat surface. This design increases the emission factor of the radiating surface by about 10%. As a result, the amount of heat produced by the radiation is significantly increased and, consequently, the heating time of the workpiece is reduced and the furnace efficiency is increased.

Az áteresztő idomon áthaladt füstgáz további hasznosítása a sugárzó fűtő építőelemen belül kialakított rekuperátorral történik.Further utilization of the flue gas passing through the permeable fitting is carried out with a recuperator within the radiant heating building block.

A találmány célja a fajlagos energia felhasználásának és a munkadarab hevítési idejének csökkentése, valamint a helyszíni szerelési és javítási munkák egyszerűsítése és az elemek kis sorozatban ellenőrzött körülmények között történő gyártásával az élőmunkaidő megtakarítása.The object of the invention is to reduce the use of specific energy and the heating time of the workpiece, to simplify on-site assembly and repair work and to save live labor by producing the elements in small series under controlled conditions.

A találmány lányege, hogy a sugárzó fűtő építőelemek munkatér felőli falazata felületének emissziós tényezőjének megnövelésével, a konvektív úton átvitt hőmennyiség, a tényező növekedés arányában a munkadarabnak sugárzás útján átadódik, továbbá az áteresztő falon át távozó füstgázokkal az égéslevegőt, az elembe épített rekuperátorral előmelegíti.The daughter of the invention is that, by increasing the emission factor of the surface of the masonry surface of radiant heating building blocks, the amount of heat transmitted convectively is transmitted to the workpiece by radiation,

A találmányt részletesebben rajzok alapján ismertetjük, amelyeken példaként egy sugárzó fűtő építőelem kiviteli alakjait tüntettük fel. Az l.sz. ábra a sugárzó fűtő építőelem kiviteli alakja, metszetben és nézetben.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention will be described in more detail with reference to the drawings, which exemplify embodiments of a radiant heating element. No. Fig. 6A is a sectional and perspective view of an embodiment of a radiant heating building block.

Az ábrán látható az 1 égő, a 2 áteresztő idom, melyben a 3 furatok vannak kialak' a. A 2 áteresztő idom és a 6 rekuperátor között helyezkedik el a 4 füstgázgyűjtőtér, mely az 5 elvezetőcsatornával van összekötve. A 6 rekuperátor külső oldala a 9 hőszigeteléssel van határolva. A 7 cső az égéslevegő be-, a 8 cső az égéslevegő kilépésére szolgál. A tűzállóanyag 2 áteresztő idom (idomok), ill. alkatrészek a 11 acélszerkezettel vannak rögzítve és 10 csavarkötéssel megerősítve.The figure shows the burner 1, the passage 2 in which the holes 3 are formed. Between the passage 2 and the recuperator 6 there is a flue gas collecting space 4 which is connected to the exhaust duct 5. The outside of the recuperator 6 is delimited by the thermal insulation 9. The pipe 7 serves for the inlet of the combustion air and the pipe 8 for the exit of the combustion air. The refractory material has 2 permeable shapes (s), respectively. parts are secured to the steel structure 11 and secured by screw connections 10.

A találmány szerinti sugárzó fűtő építőelem ábrázolt példakénti kiviteli alakjának működése a következő: a terítettlángú 1 égőből forgómozgással kiáramlik a gáz és levegőkeverék. A keletkező égéstermék a sugárzó fűtő építőelem munkatér felőli tűzállóanyag 2 áteresztő idomjának (idomjainak) felületéről annak 3 furatain keresztül a 4 füstgáz gyűjtőtérbe áramlik, majd az 5 elvezetőcsatornán keresztül távozik. Az égéslevegő a 7 csövön keresztül kerül a 6 rekuperátorba, ahol felmelegszik és a 8 csövön keresztül az 1 égőbe jut.The exemplary embodiment of the radiant heating building block according to the invention operates as follows: the gas-air mixture flows out of the burner 1 in a rotary motion. The resulting combustion product flows from the surface of the permeable section (s) of refractory material of the radiant heating building element through its holes 3 to the flue gas collecting space 4 and then discharges through the exhaust duct 5. The combustion air enters the recuperator 6 through the pipe 7, where it heats up and passes through the pipe 8 into the burner 1.

A sugárzó fűtő építőelem (elemek) alkalmazható (alkalmazhatók) izzítókemencék (kamrás, toló, léptetőgerendás, alagút stb.) boltozatának (tetőrészének), vagy oldalfalának egyaránt, ahol a hőátadást hatásosan sugárzásThe radiant heating building element (s) can be applied to either the vault (roof part) or the sidewall of the furnace (chamber, sliding, step beam, tunnel, etc.) where the heat transfer is effectively radiated

-2185 560 útján célszerű biztosítani. Továbbá alkalmas normál kivitelű égőkkel üstök falazatának szárítására és izzítására.-2185 560 should be provided. In addition, it is suitable for drying and annealing the masonry of the cauldron with standard burners.

A leírtakból látható, hogy a találmány l.sz. ábra szerinti kiviteli alakja gáz vagy olajtüzelésű égőkkel egyaránt üzemeltethető. 5From the foregoing it can be seen that the invention is described in footnote 1. The embodiment of Fig. 1B can be operated with either gas or oil fired burners. 5

A füstgázok a hőt részben gázsugárzás, részben érintkezés útján adják át a speciálisan kialakított 2 áteresztő idomnak.The flue gases transfer the heat partly through gas radiation and partly through contact with the specially formed permeable fitting 2.

Az érintkezés és intenzív keveredés folytán tökéletes égés játszódik le és az átvett hőt sugárzás útján a betétnek 1 o átadja. A tökéletes égést, valamint az emissziós tényező növekedését, az áteresztő fal speciálisan kialakított kibővített nyílása és/vagy barázdák biztosítják. A távozó füstgázok az égéslevegőt előmelegítik, tehát továbbhasznosítják. 15Due to the contact and intense mixing, perfect combustion takes place and the transmitted heat is transferred to the insert by 1 o radiation. Perfect combustion and increased emission factor are provided by the specially designed expanded opening of the permeable wall and / or grooves. The exhaust flue gases preheat the combustion air, thus further utilizing it. 15

A találmány szerinti sugárzó fűtő építőelem technikailag haladó, mert mindazon előnyöket magában foglalja, melyek egy teljesen új, az irodalomban sem ismert energiatakarékos megoldást eredményeznek. Továbbá nagyon lényeges előny, hogy a kemencék ezen elemekből a hely- 20 színen rövid idő alatt összeszerelhetők és üzembehelyezhetők. Az elemek az üzemben, kis sorozatban, ellenőrzés mellett gyárthatók. Az elemek cseréje rövid idő alatt végrehajtható, így a javítás időtartama rövidebb lesz, és ezzel csökken. 25The radiant heater element of the present invention is technically advanced because it incorporates all the benefits that bring about a completely new energy-saving solution not known in the literature. Furthermore, it is a very important advantage that the furnaces can be assembled and commissioned from these elements on site in a short period of time. The batteries can be manufactured in-house, in small series, under control. Replacing the batteries can be done in a short time, so the repair time will be shorter and thus reduced. 25

Végül meg kell említeni, hogy a találmány szerinti elemmel kivitelezett kemence beruházási költsége nagyságrendileg azonos a hagyományos építésű kemencéével, és ugyanakkor 20—30%-os energiamegtakarítás adódik. Ezt a sugárzó fűtő építőelem speciális kialakítása és a kettős rekuperáció teszi lehetővé.Finally, it should be noted that the investment cost of the furnace with the element according to the invention is about the same as that of a conventionally built furnace, and at the same time results in energy savings of 20-30%. This is made possible by the special design of the radiant heater and the double recuperation.

Claims

An energy-saving radiant heating building element with a multi-stage heat recovery comprising a burner (1), a refractory passage provided with holes (3) or a combustion air preheater recuperator (6) placed in a flue gas collecting space (4).

Radiant raft construction element as defined in claim 1, characterized in that the geometric shape and size of the inlet portion of the through holes (3) on the working side varies with the arrangement of the holes as the emission factor increases.

The radiant heater element as defined in claims 1 and 2, characterized in that the geometrical dimensions, design and number of the through-piece (s) (2) and through-holes (3) vary according to the required burner power.

Figure 1, Figure 3

Published by the National Office of Inventions Published by: Zoltán Himer Head of Department Published by: Technical Publisher 86.0161 / 3 MSZH Nyomda, Budapest