RU2123639C1

RU2123639C1 - Recuperator

Info

Publication number: RU2123639C1
Application number: RU96113439A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Артамонов; В.П. Мешалкин; Б.Е. Сельский
Original assignee: Сельский Борис Евсеевич
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: waste-heat recovery devices for heating gas (air) in heating and heat-treating furnaces; petrochemical industry, mechanical engineering and metal working industry. SUBSTANCE: recuperator includes coaxial outer and inner ducts. Inner is made in form of gas-permeable cylinder mounted rotatably and provided with blades forming central smoke passage and outlet branch pipes located tangentially to circular passage. According to invention, blades of inner duct are made in form of helical partitions of circular gas (air) passage. pitch of partition helical surface ranges from 0.625 to 0.125 D_in, where D_in is inner diameter of outer duct. EFFECT: enhanced efficiency due to increased factor of utilization of flue gas heat. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоутилизирующим устройствам, применяемым для нагрева газа (воздуха) в нагревательных и термических печах различного назначения, применяемых в нефтехимической, машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности. The invention relates to heat recovery devices used for heating gas (air) in heating and thermal furnaces for various purposes, used in the petrochemical, machine-building and metalworking industries.

Из уровня техники известен рекуператор, содержащий соосно установленные короба, образующие центральный дымовой и кольцевой воздушный каналы, последний из которых снабжен тангенциально установленными входным и выходным патрубками. Внутренний короб этого рекуператора выполнен из металлической сетки, см. А.С. СССР N 1370372, М. кл. F 23 L 15/04, 1986. A recuperator is known from the prior art, comprising coaxially mounted ducts forming a central smoke and annular air ducts, the last of which is provided with tangentially installed inlet and outlet nozzles. The inner box of this recuperator is made of metal mesh, see A.S. USSR N 1370372, M. cl. F 23 L 15/04, 1986.

Основными недостатками этой конструкции являются неравномерная тепловая нагрузка на внутренний короб, приводящая к преждевременному его выходу из строя, а также отсутствие организованного движения подогреваемого воздуха в кольцевом канале, что снижает эффективность работы рекуператора. The main disadvantages of this design are the uneven thermal load on the inner box, leading to its premature failure, as well as the lack of organized movement of heated air in the annular channel, which reduces the efficiency of the recuperator.

Известен также принятый за прототип изобретения рекуператор, содержащий соосно установленные внутренний и наружные короба, образующие центральный дымовой и кольцевой воздушный каналы, последний из которых снабжен тангенциально установленными входным и выходным патрубками. Внутренний короб выполнен из металлической сетки. Рекуператор снабжен средством для создания вращательного движения в виде продольных лопастей, размещенных в кольцевом воздушном пространстве (канале) и закрепленных на внутреннем коробе, при этом он установлен с возможностью вращения, см. А.С. СССР N 1657878, М. кл. F 23 L 15/04, 1989 г. A recuperator adopted for the prototype of the invention is also known. It comprises coaxially mounted inner and outer ducts forming a central smoke and annular air ducts, the last of which is provided with tangentially installed inlet and outlet nozzles. The inner box is made of metal mesh. The recuperator is equipped with a means for creating rotational movement in the form of longitudinal blades placed in an annular air space (channel) and mounted on the inner box, while it is installed with the possibility of rotation, see A.S. USSR N 1657878, M. cl. F 23 L 15/04, 1989

Недостатком прототипа является относительно более высокое сопротивление кольцевого канала вследствие установки в нем продольных лопастей, что снижает площадь живого сечения этого канала и приводит к утечке части воздуха с дымовыми газами. The disadvantage of the prototype is the relatively higher resistance of the annular channel due to the installation of longitudinal blades in it, which reduces the living area of this channel and leads to leakage of part of the air with flue gases.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности рекуператора за счет повышения коэффициента использования тепла дымовых газов. The technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the recuperator by increasing the coefficient of heat utilization of flue gases.

Поставленная задача решена тем, что в рекуператоре, содержащем соосно расположенные наружный и внутренний короба, последний из которых выполнен в виде установленного с возможностью вращения, снабженного лопастями цилиндрического газопроницаемого цилиндра, образующие центральный дымовой и кольцевой газовый (воздушный) каналы с тангенциально расположенными к кольцевому каналу входным и выходным патрубками, согласно изобретению лопасти внутреннего короба выполнены в виде винтовых перегородок кольцевого газового (воздушного) канала, при этом шаг винтовой поверхности перегородок составляет (0,625 - 0,125) D_т, где D_т - внутренний диаметр внешнего короба.The problem is solved in that in a recuperator containing coaxially located outer and inner ducts, the last of which is made in the form of a rotatably mounted rotary cylinder equipped with blades, forming a central smoke and annular gas (air) channels with tangentially located to the annular channel the inlet and outlet pipes, according to the invention, the blades of the inner box are made in the form of screw baffles of the annular gas (air) channel, p In this case, the step of the screw surface of the partitions is (0.625 - 0.125) D _t , where D _t is the inner diameter of the outer box.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез общего вида рекуператора, установленного на газоходе печи; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a general view of a recuperator installed in a furnace duct; in FIG. 2 is a section AA of FIG. one.

Рекуператор содержит соосно расположенные наружный короб 1 и установленный в нем с возможностью вращения внутренний короб 2. Внутренний короб 2 снабжен винтовыми лопастями 3, размещенными в кольцевом (воздушном) канале 4, образованном внутренней поверхностью наружного короба 1 и цилиндрической поверхностью короба 2. Кроме того, короб 2 выполнен газопроницаемым в виде цилиндра, например, из металлической сетки, образующего центральный дымовой канал рекуператора. Кольцевой газовый (воздушный) канал 4 сообщен с установленными в наружном кожухе 1 тангенциальными входным 5 и выходным 6 патрубками. Шаг винтовой поверхности перегородок составляет (0,625 - 0,125) D_т, где D_т - внутренний диаметр внешнего короба.The recuperator comprises an outer duct 1 coaxially located and an inner duct 2 mounted rotatably therein. The inner duct 2 is provided with screw blades 3 located in an annular (air) channel 4 formed by the inner surface of the outer duct 1 and the cylindrical surface of the duct 2. In addition, the box 2 is made gas permeable in the form of a cylinder, for example, of a metal mesh forming the central smoke channel of the recuperator. The annular gas (air) channel 4 is in communication with the tangential inlet 5 and outlet 6 nozzles installed in the outer casing 1. The step of the screw surface of the partitions is (0.625 - 0.125) D _t , where D _t is the inner diameter of the outer box.

Рекуператор работает следующим образом. The recuperator works as follows.

Холодный газ (воздух) от воздуходувки (на черт. условно не показано) поступает через входной тангенциальный патрубок 5 в винтовые каналы между лопастями 3 и, взаимодействуя с ними, приводит внутренний короб 2 во вращательное движение, перемещаясь при этом к выходному патрубку 6. Закручиваясь при проходе по винтовым каналам и имея осевую составляющую скорости, противоположную направлению движения дымовых газов, воздух нагревается за счет контакта с дымовыми газами и с поверхностью коробов 1 и 2, а также вследствие наличия радиационного излучения через ячейки сетки. Далее нагретый газ (воздух) выходит из рекуператора через патрубок 6. Наличие осевой составляющей скорости у холодного газа (воздуха) препятствует его переходу в дымовой газ через зазоры между внешним 1 и внутренним 2 коробами, а центробежная сила препятствует его проникновению через ячейки сетки к дымовым газам. Cold gas (air) from the blower (not conventionally shown in the drawing) enters through the tangential inlet pipe 5 into the screw channels between the blades 3 and, interacting with them, causes the inner box 2 to rotate, moving at the same time to the outlet pipe 6. Twisting when passing through screw channels and having an axial velocity component opposite to the direction of movement of the flue gases, the air is heated due to contact with flue gases and the surface of the ducts 1 and 2, as well as due to the presence of radiation niya through mesh cells. Further, the heated gas (air) leaves the recuperator through the nozzle 6. The presence of the axial velocity component of the cold gas (air) prevents it from passing into the flue gas through the gaps between the outer 1 and inner 2 ducts, and the centrifugal force prevents its penetration through the mesh cells to the flue gases.

Проведенными исследованиями течения закрученных газовых потоков в цилиндрических и кольцевых каналах было установлено, что при давлении от 0,01 до 0,60 МПа устанавливается шаг винтовой линии, равный (0,625 - 0,125) D_т, где D_т - диаметр цилиндрического канала или внешней диаметр кольцевого канала. Установка одной или нескольких винтовых лопастей в виде винтовых перегородок в канале с шагом, соответствующим шагу естественного формирования закрученного потока, возникающего при тангенциальном вводе сжатого газа, способствует устойчивому течению с минимальным сопротивлением. Производительность или пропускная способность такого канала возрастает более чем в два раза. На длине в 24 калибра (отношение длины канала к его внутреннему диаметру) сохраняется неизменной эпюра тангенциальной и аксиальной составляющей скорости, что обеспечивает устойчивое гидродинамическое состояние газа и повышает интенсивность теплообменных процессов. Структура закрученного потока в виде одной или нескольких струй ведет себя как устойчивая система в адиабатически гибкой оболочке, что, естественно, существенно снижает возможность подмешивания к ней дымовых газов и тем более прорыва газа из нее.The studies of the flow of swirling gas flows in cylindrical and annular channels established that at a pressure of 0.01 to 0.60 MPa, a helix pitch is set equal to (0.625 - 0.125) D _t , where D _t is the diameter of the cylindrical channel or the outer diameter annular channel. The installation of one or more screw blades in the form of screw partitions in the channel with a step corresponding to the step of the natural formation of a swirling flow arising from the tangential injection of compressed gas, contributes to a stable flow with minimal resistance. The performance or throughput of such a channel is more than doubled. Over a length of 24 gauges (the ratio of the channel length to its internal diameter), the diagram of the tangential and axial velocity components is maintained unchanged, which ensures a stable hydrodynamic state of the gas and increases the intensity of heat transfer processes. The structure of the swirling flow in the form of one or several jets behaves as a stable system in an adiabatically flexible shell, which, of course, significantly reduces the possibility of mixing flue gases into it and, moreover, gas breakthrough from it.

Промышленная применимость предложенного изобретения обеспечивается существенным повышением эффективности и надежности работы рекуператора. The industrial applicability of the proposed invention is provided by a significant increase in the efficiency and reliability of the recuperator.

Claims

A recuperator containing coaxially located outer and inner ducts, the last of which is made in the form of a rotatably mounted cylinder equipped with blades of a gas-permeable cylinder, forming a central smoke and annular gas (air) ducts with inlet and outlet nozzles tangentially arranged to the annular duct, characterized in that the blades of the inner box are made in the form of screw partitions of the annular gas (air) channel, while the pitch of the screw surface is over The hole is (0.625 - 0.125) D _t , where D _t is the inner diameter of the outer duct.