RU2075718C1

RU2075718C1 - Regenerator checker

Info

Publication number: RU2075718C1
Application number: RU94027942A
Authority: RU
Inventors: С.Л. Соломенцев; С.М. Басукинский; Л.Ф. Соломенцева; В.К. Сигмунд
Original assignee: Липецкий политехнический институт
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1997-03-20
Also published as: RU94027942A

Abstract

FIELD: high-temperature of heating of air and other gaseous heat-transfer agents used in metallurgy and power engineering. SUBSTANCE: checkerwork consists of hemispheres arranged in staggered order on wide lateral faces of plates 1 on one side at pitch equal to 1.1-2 of diameters of hemispheres; diameter of hemispheres is equal to 1-2 thickness of plates 1; wide lateral faces of plates 1 have trapezoidal form; one narrow lateral face of plates 1 is inclined at angle of 75 to 80 deg relative to their base forming vertical cuts between adjacent plates of its row. EFFECT: enhanced efficiency. 3 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 плиток с дистанционными выступами на планке, образующих систему вертикальных панелей, разделенных между собой щелевыми сплошными каналами. Недостатками данной насадки являются малые значения относительной поверхности нагрева и интенсивности теплообмена, что приводит к большим габаритам регенераторов (высотой 40 м и более), а следовательно, и завышенным капитальным и эксплуатационным расходам. Known nozzle [1] made of tiles with remote protrusions on the bar, forming a system of vertical panels separated by slotted solid channels. The disadvantages of this nozzle are small values of the relative heating surface and heat transfer intensity, which leads to large dimensions of the regenerators (40 m or more high), and, consequently, excessive capital and operating costs.

Известна насадка [2] из огнеупорных шаров. Недостатками известной шаровой насадки являются относительно высокие гидравлическое сопротивление и термомеханическое напряжение, возникающие в самих шарах и в стенках регенератора и являющихся основной причиной преждевременного их разрушения, а также перемещение шаров в насадке, что исключает возможность использования в ней различных по качеству и стоимости огнеупорных материалов и тем самым удорожает стоимость насадки и регенератора в целом. Known nozzle [2] from refractory balls. The disadvantages of the known ball nozzles are the relatively high hydraulic resistance and thermomechanical stress arising in the balls themselves and in the walls of the regenerator and being the main cause of their premature destruction, as well as the movement of balls in the nozzle, which excludes the possibility of using refractory materials of different quality and cost and thereby increases the cost of the nozzle and the regenerator as a whole.

Наиболее близкой по технической сущности к описываемому изобретению является насадка [3] состоящая из пакета плиток с двусторонними выпуклостями в виде полусфер. Недостатком данной насадки является повышенное по сравнению обычной насыпной шаровой насадкой [2] гидравлическое сопротивление при одинаковых значениях диаметров шаров и полусфер соответственно насадок [2] и [3] т.к. в насадке [3] часть поперечного сечения занята плитками, что приводит к уменьшению относительного живого сечения насадки. Каналы же, образованные полусферами в насадке при использовании пластин с двусторонними выпуклостями, имеют такую же форму, что и насадка [2] Увеличение же шага между шарами приводит к снижению коэффициентов теплоотдачи в ней. Кроме того, технология изготовления плиток с двусторонним расположением полусферических поверхностей представляется затруднительной, практически невозможной из-за трудностей их транспортировки после "выдавливания" из пресса: в вертикальном направлении плитки "неустойчивы", а в положении на "плашку" неизбежно снятие и разрешение полусфер, контактирующих с опорной поверхностью. Сам процесс "выдавливания" полусфер с двух сторон плиток также затруднен с технологической точки зрения, что повышает себестоимость насадки. Closest to the technical nature of the described invention is a nozzle [3] consisting of a package of tiles with bilateral convexities in the form of hemispheres. The disadvantage of this nozzle is the increased hydraulic resistance compared to a conventional bulk ball nozzle [2] for the same values of the diameters of the balls and hemispheres, respectively nozzles [2] and [3] since in the nozzle [3], part of the cross section is occupied by tiles, which leads to a decrease in the relative living section of the nozzle. The channels formed by hemispheres in the nozzle when using plates with bilateral convexities have the same shape as the nozzle [2] An increase in the step between the balls leads to a decrease in the heat transfer coefficients in it. In addition, the manufacturing technology of tiles with bilateral hemispherical surfaces is difficult, almost impossible due to the difficulties of transporting them after being "squeezed" out of the press: in the vertical direction, the tiles are "unstable", and in the "die" position, the removal and resolution of hemispheres is inevitable, in contact with the supporting surface. The process of "extruding" hemispheres from two sides of the tiles is also difficult from a technological point of view, which increases the cost of the nozzle.

Предлагается насадка, выполненная в виде упорядоченно расположенных на одной из широких боковых граней плиток огнеупорных полусфер, причем полусферы расположены в шахматном порядке с шагом, равным 1,1 2 диаметра полусфер, составляющим, в свою очередь, 1 2 толщины плиток, причем плитки уложены рядами, широкие боковые грани их имеют трапецеидальную форму, а одна из узких боковых граней наклонена под углом 75 80^o к основанию с образованием вертикальных вырезов между смежными плитками каждого ряда.A nozzle is proposed made in the form of refractory hemispheres tiles arranged in orderly on one of the wide lateral faces, the hemispheres being staggered in increments of 1.1 2 hemisphere diameters, which in turn constitute 1 2 tile thicknesses, with the tiles stacked in rows , their wide side faces are trapezoidal, and one of the narrow side faces is inclined at an angle of 75 80 ^o to the base with the formation of vertical cutouts between adjacent tiles of each row.

На фиг. 1 показан блочный элемент насадки; на фиг. 2 и 3 поперечный разрез и вид насадки в сборе сверху. In FIG. 1 shows a block element of a nozzle; in FIG. 2 and 3 are a cross-sectional view and a top view of the nozzle assembly.

Насадка регенератора состоит из полусфер диаметром d, расположенных на плитах 1 толщиной δ. При сборке насадки укладка плиток осуществляется параллельными рядами друг на друга со смещением в горизонтальном и вертикальном направлениях, при этом образуется система извилистых вертикальных каналов 2 между полусферами с горизонтальными проходами 3 в виде вертикальных щелей 3 между узкими боковыми гранями плиток. The regenerator nozzle consists of hemispheres of diameter d located on plates 1 of thickness δ. When assembling the nozzle, the tiles are laid in parallel rows to each other with horizontal and vertical displacements, and a system of winding vertical channels 2 between hemispheres with horizontal passages 3 is formed in the form of vertical slots 3 between the narrow side faces of the tiles.

Устройство работает следующим образом. Греющий газ (продукты сгорания), проходя через насадку сверху вниз, отдает тепло насадке. В следующий период работы регенератора нагреваемая среда (воздух)) поступает снизу вверх, получая тепло от нагретой насадки. Затем процесс циклически повторяется. The device operates as follows. Heating gas (combustion products), passing through the nozzle from top to bottom, gives off heat to the nozzle. In the next period of operation of the regenerator, the heated medium (air)) enters from the bottom up, receiving heat from the heated nozzle. Then the process is cyclically repeated.

Выполнение элементов в виде системы полусфер, расположенных на одной стороне боковых граней плиток, позволяет сформировать упорядоченную широкую насадку с принципиально отличительной от насадок [2,3] системой извилистых каналов, в которой плотность и порядок размещения полусферических поверхностей может изменяться в зависимости от требований, предъявляемых к гидравлическому сопротивлению и коэффициентам теплоотдачи конвекцией a. При наиболее плотном расположении полусферических поверхностей S/d=1,1 обеспечивается снижение гидравлического сопротивления предложенной насадки по сравнению с шаровой насыпной и из пластин с двусторонними выпуклостями в виде полусфер в 10 раз при практически одинаковом значении коэффициента a при числе Рейнольдса 1000, характерном для работы доменных воздухонагревателей. Дальнейшее уменьшение относительного шага между полусферами не рекомендуется по условиям надежности штамповочного оборудования. При увеличении S/d происходит снижение гидравлического сопротивления предложенной насадки при одновременном уменьшении коэффициента теплоотдачи конвекцией, и при S/d, равном 2, она сближается по теплотехнической эффективности с насадкой [1] Шахматное расположение шаров способствует увеличению a, относительной действительной поверхности нагрева и аккумулирующей массы насадки при относительно небольшом росте гидравлического сопротивления. Предлагаемое соотношение диаметров полусфер с толщиной кирпичей d/δ = 1÷2 обусловлено следующим. Теплотехническая эффективность насадки растет с уменьшением толщины плиток δ, однако при d/δ > 2 снижается механическая прочность плиток элементов насадки при их изготовлении. С уменьшением d/δ наблюдается уменьшение относительной действительной поверхности нагрева насадки, уменьшение живого сечения и увеличение гидравлического сопротивления, и при d/δ < 1 (при плотном расположении шаровидных поверхностей), предложенная насадка имеет такое же гидравлическое сопротивление как и шаровая насыпная. The execution of elements in the form of a system of hemispheres located on one side of the side faces of the tiles allows you to form an ordered wide nozzle with a system of meandering channels that is fundamentally different from nozzles [2,3], in which the density and order of placement of hemispherical surfaces can vary depending on the requirements to hydraulic resistance and heat transfer coefficients by convection a. With the most dense arrangement of hemispherical surfaces S / d = 1.1, the hydraulic resistance of the proposed nozzle is reduced by 10 times compared to the ball embankment and from plates with bilateral convexes in the form of hemispheres with almost the same value of coefficient a with a Reynolds number of 1000, typical for operation blast furnace heaters. Further reduction in the relative pitch between the hemispheres is not recommended due to the reliability conditions of the stamping equipment. With an increase in S / d, the hydraulic resistance of the proposed nozzle decreases with a simultaneous decrease in the heat transfer coefficient by convection, and with S / d equal to 2, it approaches the nozzle in terms of heat engineering efficiency [1] The staggered arrangement of the balls contributes to an increase in a, the relative actual heating surface and the accumulating the mass of the nozzle with a relatively small increase in hydraulic resistance. The proposed ratio of hemisphere diameters with brick thickness d / δ = 1 ÷ 2 is due to the following. The thermal performance of the nozzle increases with decreasing tile thickness δ, however, at d / δ> 2, the mechanical strength of the tile elements of the nozzle during their manufacture decreases. With a decrease in d / δ, a decrease in the relative actual heating surface of the nozzle, a decrease in the live section and an increase in hydraulic resistance, and for d / δ <1 (with a tight arrangement of spherical surfaces), the proposed nozzle has the same hydraulic resistance as the ball bulk.

Предложенная насадка свободна от недостатков, связанных с возникновением термомеханических напряжений в самих шарах и ограничивающих ее стенах, а также с перемещением шаров в насадке, характерных для насыпной насадки. Для устранения последних предлагалось при использовании насыпной шаровой насадки боковые стенки регенератора выполнять наклонными к вертикальной оси, что значительно усложняло бы его конструкцию. В предложенной упорядоченной шаровой насадке имеется возможность использования различных огнеупорных материалов по высоте насадки, что позволит ограничится применением жаропрочных дорогостоящих огнеупоров только в ее верхней части. Плацкартность и неподвижность полусфер устраняют возникновение чрезмерных термонапряжений в шарах и их разрушение, что обеспечивает постоянство теплотехнических характеристик насадки. Узкие боковые грани плиток предлагается выполнить наклоненными (под углом β) к нижним основаниям для дополнительного увеличения поверхности нагрева и обеспечения возможности перемещения теплоносителей из одних каналов в другие. Причем при β > 80^° средняя ширина щелей недостаточна для эффективного участия открытых граней в теплообмене, при β < 75^° уменьшение площади широких боковых граней плиток (наиболее эффективных с точки зрения теплообмена) не будет компенсироваться увеличением площади узких боковых граней. Дальнейшее увеличение ширины горизонтальных проходов нецелесообразно и с точки зрения количества полусфер на широких боковых гранях кирпичей. Расположение полусфер на одной широкой стороне кирпичей, наклон одной узкой боковой грани определены с учетом технологии изготовления.The proposed nozzle is free from the disadvantages associated with the occurrence of thermomechanical stresses in the balls themselves and the walls bounding it, as well as with the movement of balls in the nozzle characteristic of a bulk nozzle. To eliminate the latter, it was proposed that when using a bulk ball nozzle, the side walls of the regenerator be made inclined to the vertical axis, which would greatly complicate its design. In the proposed ordered ball nozzle, it is possible to use various refractory materials along the height of the nozzle, which will limit itself to the use of heat-resistant expensive refractories only in its upper part. The reserved seats and the immobility of the hemispheres eliminate the occurrence of excessive thermal stresses in the balls and their destruction, which ensures the constancy of the thermal characteristics of the nozzle. The narrow side faces of the tiles are proposed to be inclined (at an angle β) to the lower bases to further increase the heating surface and to provide the possibility of moving the coolant from one channel to another. Moreover, at β> 80 ^{°, the} average width of the slots is insufficient for the effective participation of open faces in heat transfer; at β <75 ^{°, a} decrease in the area of the wide side faces of the tiles (the most effective from the point of view of heat transfer) will not be compensated by an increase in the area of narrow side faces. A further increase in the width of horizontal passages is also impractical from the point of view of the number of hemispheres on the wide side faces of bricks. The location of the hemispheres on one wide side of the bricks, the slope of one narrow side face are determined taking into account manufacturing technology.

Claims

The regenerator nozzle, made in the form of refractory hemispheres arranged in orderly on one of the wide lateral faces, characterized in that the hemispheres are staggered in increments of 1.1 2 hemisphere diameters, which in turn are 1 2 tile thicknesses, with the tiles laid in rows, their wide side faces are trapezoidal, and one of the narrow side faces is inclined at an angle of 75 80 ^o to the base with the formation of vertical cutouts between adjacent tiles of each row.