RU2027952C1

RU2027952C1 - Regenerator checker

Info

Publication number: RU2027952C1
Application number: SU925038048A
Authority: RU
Inventors: С.Л. Соломенцев; С.М. Басукинский; Б.Ф. Чернобривец; В.Д. Коршиков
Original assignee: Липецкий политехнический институт
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: metallurgy and power engineering where air and other heat-carrying agents must be heated to high temperatures. SUBSTANCE: regenerator checker is made of brick with trapezoidal edges whose large sides are on top for wide side edges and at bottom for narrow ones. Half-difference between bottom and top sides of narrow side edge is 0.1-0.8 of half-difference of top sides of wide and narrow edges of brick and half-difference between top and bottom sides of wide side edge of brick is 0.1-4 half-difference between top sides of wide and narrow side edges greater than half-difference between bottom and top sides of narrow side edge of brick; maximum half-difference between top and bottom sides of wide side edge of brick equals half-difference between top sides of wide and narrow side edges of brick. EFFECT: improved design. 5 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к высокотемпературному нагреву воздуха и других газообразных теплоносителей, используемых в металлургии и энергетике. The invention relates primarily to high-temperature heating of air and other gaseous coolants used in metallurgy and energy.

Известна насадка [1], выполненная из огнеупорных кирпичей, образующих вертикальные и горизонтальные каналы. Увеличение турбулизации потока теплоносителя и поверхности нагрева в указанной насадке по сравнению с насадкой из обычных кирпичей со сплошными гладкими каналами для прохода газообразных теплоносителей незначительно и достигается за счет дополнительных цилиндрических поверхностей. Однако эти поверхности являются горизонтальными и с точки зрения интенсивности теплообмена значительно уступают вертикальным. Кроме того, в насадке [1] резко уменьшается аккумулирующая масса. Known nozzle [1], made of refractory bricks forming vertical and horizontal channels. The increase in turbulization of the coolant flow and the heating surface in the specified nozzle compared to the nozzle of ordinary bricks with continuous smooth channels for the passage of gaseous coolants is insignificant and is achieved due to additional cylindrical surfaces. However, these surfaces are horizontal and, in terms of heat transfer intensity, are significantly inferior to vertical. In addition, the accumulation mass sharply decreases in the nozzle [1].

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является насадка из огнеупорных кирпичей, образующих вертикальные и горизонтальные каналы, широкие боковые грани которых выполнены в виде трапеций с большим основанием сверху. Недостатками известной насадки являются недостаточно высокие значения степени турбулизации потока теплоносителя, а следовательно, и интенсивности теплообмена в насадке и относительной поверхности нагрева. Наличие горизонтальных проходов в такой насадке обуславливает резкое снижение аккумулирующей массы насадки и недостаточно устойчивое положение ее отдельных элементов, что может приводить к смещению отдельных кирпичей насадки, уменьшению опорной площади ее поперечного сечения и снижению надежности работы насадки в целом. Closest to the proposed invention by technical essence is a nozzle made of refractory bricks, forming vertical and horizontal channels, the wide side faces of which are made in the form of trapezoid with a large base on top. The disadvantages of the known nozzle are not sufficiently high values of the degree of turbulization of the coolant flow, and hence the intensity of heat transfer in the nozzle and the relative heating surface. The presence of horizontal passages in such a nozzle causes a sharp decrease in the accumulating mass of the nozzle and the insufficiently stable position of its individual elements, which can lead to the displacement of individual bricks of the nozzle, a decrease in the reference cross-sectional area and a decrease in the reliability of the nozzle as a whole.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена за счет дополнительной турбулизации потока теплоносителя и повышения относительной поверхности нагрева насадки, увеличение аккумулирующей массы насадки, а также повышение устойчивости отдельных элементов насадки и ее прочности и надежности в целом. The aim of the invention is to intensify heat transfer due to additional turbulization of the coolant flow and increase the relative heating surface of the nozzle, increase the accumulating mass of the nozzle, as well as increase the stability of individual elements of the nozzle and its strength and reliability in general.

Цель достигается тем, что в насадке регенератора, состоящей из огнеупорных кирпичей, образующих вертикальные и горизонтальные каналы, боковые грани кирпичей выполнены в виде трапеций, большие основания которых находятся для широких боковых граней сверху, а для узких - снизу. Величина полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича δ составляет 0,1-0,8 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича, а величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича на 0,1-0,4 полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича (гидравлического диаметра, d_г) больше величины полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпича. При этом максимальная величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича равна полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая насадка соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".The goal is achieved by the fact that in the nozzle of the regenerator, which consists of refractory bricks that form vertical and horizontal channels, the side faces of the bricks are made in the form of trapeziums, large bases of which are for wide side faces from above, and for narrow ones from below. The half-difference value of the lower and upper bases of the narrow side face of the brick δ is 0.1-0.8 the half-difference of the upper bases of the wide and narrow side faces of the brick, and the half-size value of the upper and lower bases of the wide side face of the brick is 0.1-0.4 half of the upper the bases of the wide and narrow side faces of the brick (hydraulic diameter, d _g ) is greater than the half-difference of the lower and upper bases of the narrow side face of the brick. In this case, the maximum half-difference of the upper and lower bases of the wide side face of the brick is equal to the half-difference of the upper bases of the wide and narrow side faces of the brick. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed nozzle meets the criteria of the invention of "Novelty." Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not reveal signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "Significant differences".

На фиг. 1 показан элемент насадки с узкой боковой гранью в форме равнобедренной трапеции; на фиг.2 - то же, в форме прямоугольной трапеции; на фиг. 3 - насадка в сборе; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.3. In FIG. 1 shows a nozzle element with a narrow side face in the shape of an isosceles trapezoid; figure 2 is the same, in the form of a rectangular trapezoid; in FIG. 3 - nozzle assembly; figure 4 is a section aa in figure 3; figure 5 is a section bB in figure 3.

Насадка регенератора состоит из насадочных кирпичей 1 с шириной верхнего основания узкой боковой грани b, образующих в процессе кладки вертикальные каналы 2 с гидравлическим диаметром d_г и горизонтальные каналы 3 (разница между полуразностями верхних и нижних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича, Δ ). Дымовые газы в период нагрева, проходя сверху вниз через вертикальные 2 и горизонтальные 3 каналы, отдают тепло огнеупорными элементам (кирпичам 1). Через определенный период подачу продуктов сгорания отличают и через насадку снизу вверх пропускают воздух или другой нагреваемый газ.The regenerator nozzle consists of packed bricks 1 with the width of the upper base of the narrow side face b forming vertical channels 2 with a hydraulic diameter d _g and horizontal channels 3 during masonry (the difference between the half-sizes of the upper and lower bases of the wide and narrow side faces of the brick, Δ). Flue gases during heating, passing from top to bottom through vertical 2 and horizontal 3 channels, give off heat to the refractory elements (bricks 1). After a certain period, the supply of combustion products is distinguished and air or other heated gas is passed through the nozzle from the bottom up.

Изготовление кирпичей с гранями трапецеидальной формы обеспечивает их идеальную устойчивость, сохраняя участие в теплообмене всей площади узких боковых граней элементов насадки. Увеличение относительной поверхности нагрева насадки происходит также за счет трапецеидальной формы узких боковых граней кирпичей (по сравнению с прямоугольной стороной, равной меньшему основанию) и за счет раскрытия дополнительной поверхности части нижней грани элементов. Расширяющаяся к нижнему основанию форма узкой боковой грани кирпичей позволяет увеличить их аккумулирующую массу, что имеет особо важное значение при увеличенных циклах работы регенераторов (особенно доменных воздухонагревателей) и больших расходах газовых сред, сформировать вертикальный канал, переменный по высоте формы и сечения, что способствует закручиванию потока, повышает степень турбулизации потока теплоносителя и интенсивность теплообмена в насадке. Указанные диапазоны значений величин обусловлены следующим. При значениях относительной величины горизонтального канала в нижнем основании (Δ/d_г) менее 0,1 интенсивность теплообмена в предложенной насадке практически не зависит от Δ /d_г и зависит только от относительной величины полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани (δ/d_г), причем чем больше δ/d_г, тем выше и интенсивность теплообмена в насадке. При увеличении Δ /d_г более 0,1 и при δ /d_г менее 0,8 объемный коэффициент теплоотдачи α _v растет, причем этот рост постоянно замедляется, что объясняется уменьшением поверхности нагрева широких боковых граней кирпича (наиболее эффективных с точки зрения интенсивности теплообмена) при увеличении поверхностного коэффициента теплоотдачи конвекцией α _F. При Δ /d_г равном 0,4, значение α _v достигает своего максимального значения для каждого δ /d_г (при δ /d_г < 0,6). При дальнейшем увеличении Δ /d_г происходит уменьшение α _v, так как эффект от увеличения α _F оказывается меньше, чем от уменьшения поверхности нагрева широких боковых граней кирпичей. С увеличением δ /d_г более 0,6 происходит частичное перекрывание в плане горизонтального канала, так, например, при δ /d_г, равном 0,7 (0,8), повышение α _v происходит при увеличении Δ /d_г до значения 0,3 (0,2), при дальнейшем же росте Δ /d_г происходит частичное перекрывание канала, а вследствие практического исключения из теплообмена поверхности узких боковых граней кирпичей интенсивность в насадке падает. При δ /dг, равном 1, щелевые каналы полностью перекрываются и влияние на интенсивность теплообмена оказывает лишь форма вертикального канала, поэтому α _v практически не зависит от ширины щели. Из этих же соображений определена максимальная величина полуразности верхнего и нижнего оснований широкой боковой грани кирпича, равная полуразности верхних оснований широкой и узкой боковых граней кирпича. Следует иметь в виду, что с увеличением δ /d_г растет гидравлическое сопротивление насадки и снижается ее механическая прочность. С точки зрения механической прочности из двух вариантов насадки, обеспечивающих одинаковые коэффициенты теплоотдачи конвекцией, более предпочтительным является тот, при котором Δ /d_г имеет меньшее значение. Таким образом, оптимальная величина горизонтального канала в нижнем основании кирпичей насадки составляет 0,1-0,4 гидравлического диаметра, а величина полуразности нижнего и верхнего оснований узкой боковой грани кирпичей равна 0,1-0,8 гидравлического диаметра.The manufacture of bricks with trapezoidal faces ensures their ideal stability, while maintaining participation in the heat transfer of the entire area of the narrow side faces of the nozzle elements. The increase in the relative heating surface of the nozzle also occurs due to the trapezoidal shape of the narrow side faces of the bricks (compared with the rectangular side equal to the smaller base) and due to the disclosure of the additional surface of the lower part of the elements. The shape of the narrow lateral edge of the bricks, expanding to the lower base, makes it possible to increase their accumulating mass, which is especially important for increased cycles of regenerators (especially blast furnace heaters) and high gas flow rates, to form a vertical channel that is variable in height of shape and cross-section, which contributes to twisting flow, increases the degree of turbulization of the coolant flow and the intensity of heat transfer in the nozzle. The indicated ranges of values are due to the following. When the values of the relative value of the horizontal channel in the lower base (Δ / d _g ) are less than 0.1, the heat transfer rate in the proposed nozzle is practically independent of Δ / d _g and depends only on the relative magnitude of the half-difference of the lower and upper bases of the narrow side face (δ / d _g ), and the greater δ / d _g , the higher the heat transfer rate in the nozzle. With an increase in Δ / d _{g of} more than 0.1 and with δ / d _{g of} less than 0.8, the volumetric heat transfer coefficient α _v increases, and this growth is constantly slowing down, which is explained by a decrease in the heating surface of the wide side faces of the brick (the most effective in terms of heat transfer intensity ) with an increase in the surface heat transfer coefficient by convection α _F. When Δ / d _{g is} equal to 0.4, the value of α _v reaches its maximum value for each δ / d _g (with δ / d _g <0.6). With a further increase in Δ / d _g , α _v decreases, since the effect of increasing α _F is less than that of decreasing the heating surface of the wide side faces of bricks. With an increase in δ / d _{g of} more than 0.6, a partial overlap occurs in terms of the horizontal channel, for example, with δ / d _{g of} 0.7 (0.8), an increase in α _v occurs with an increase in Δ / d _g to 0.3 (0.2), with a further increase in Δ / d _g , the channel partially overlaps, and due to the practical exclusion from the heat transfer of the surface of the narrow side faces of bricks, the intensity in the nozzle decreases. For δ / dg equal to 1, the slot channels completely overlap and only the shape of the vertical channel affects the heat transfer intensity, therefore α _{v is} practically independent of the width of the gap. From these considerations, the maximum half-difference of the upper and lower bases of the wide lateral edge of the brick, equal to the half-difference of the upper bases of the wide and narrow lateral faces of the brick, was determined. It should be borne in mind that with an increase in δ / d _g , the hydraulic resistance of the nozzle increases and its mechanical strength decreases. From the point of view of mechanical strength, of the two nozzle variants providing the same convection heat transfer coefficients, the one at which Δ / d _g is of less importance is more preferable. Thus, the optimal value of the horizontal channel in the lower base of the nozzle bricks is 0.1-0.4 of hydraulic diameter, and the half-difference of the lower and upper bases of the narrow side face of the bricks is 0.1-0.8 of hydraulic diameter.

Рекомендуемые значения величин Δ /d_г в зависимости от δ /d_г приведены в таблице.Recommended values of Δ / d _g depending on δ / d _g are given in the table.

Предлагаемое изобретение позволяет за счет повышения тепловой мощности воздухонагревателя увеличить температуру нагрева дутья на ≈20-30^оС, снизить удельный расход кокса на ≈0,34-0,4%, повысить производительность доменной печи на ≈0,3-0,4%.The present invention allows to increase the heating temperature of the blast by ≈20-30 ^о С, reduce the specific coke consumption by ≈0.34-0.4%, and increase the productivity of the blast furnace by ≈0.3-0.4% by increasing the thermal power of the air heater .

Claims

1. NOZZLE OF THE REGENERATOR made of refractory bricks with wide and narrow side faces placed with the formation of vertical and horizontal channels, characterized in that, in order to increase reliability, the said side faces are made in the form of trapeziums with larger and smaller bases, and the bricks are placed so that the large bases of the trapezoid on the wide lateral sides are on top, and on the narrow - below.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the half-size of the lower and upper bases of the narrow side face of the brick is 0.1 - 0.8 half-difference of the upper bases of the wide and narrow side faces of the brick, and the half-size of the upper and lower bases of the wide side face brick 0.1–0.4 of the half-difference of the upper bases of the wide and narrow side faces of the brick is greater than the half-size of the lower and upper bases of the narrow side of the brick, while the maximum half-size of the upper and lower bases of the wider oic faces equal half-brick upper base wide and narrow side faces of a brick.