Теплообменное устройство

 

Использование: в энергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности, в частности в теплообменных устройствах, применяемых для защиты наружной поверхности теплотехнических агрегатов. Сущность полезной модели: Воздух под избыточным давлением поступает в канал 2, образованный кожухом 1 и теплообменной поверхностью газопроницаемого огнеупорного слоя 4. Часть воздуха подается в зазор 3 и подается в канал 7, образованный газопроницаемым огнеупорным слоем 4 и газоплотным огнеупорным слоем 8, при этом происходит нагрев воздуха. Другая часть воздуха поступает в канал 7 через сквозные каналы 5, выход которых выполнен у поверхностей лунок 6, удаленных по направлению потока газа, проходящего по каналу 7. Комбинация сквозных каналов 5 и лунок 6 способствует интенсификации теплосъема с поверхности газоплотного огнеупорного слоя 8 энергетических или энерготехнологических агрегатов, как следствие температура воздуха направляемого в камеру сгорания или на другие нужды повышается.

Предлагаемое техническое решение относится к теплообменным аппаратам и может быть применено в энергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности, в частности к теплообменным устройствам, применяемым для защиты наружной поверхности теплотехнических агрегатов, преимущественно к футеровкам теплотехнических установок, и. может найти применение в металлургической и других отраслях промышленности.

Из уровня техники известно теплообменное устройство, применяемое в конструкции футеровки - ограждении металлургической печи, содержащей кожух, слой газонепроницаемого огнеупорного материала и газопроницаемый огнеупорный слой, расположенный между ними, образующий с кожухом полость для подачи охлаждающего воздуха, а с газонепроницаемым слоем, полость для отвода подогретого воздуха, соединенную с горелочными устройствами (см. Авторское свидетельство СССР №1354016, М. кл. F 27 D 1/00, 1986 г.)/1/.

Однако, наличие теплообменного устройства в виде газопроницаемого огнеупорного слоя, способствующего защите наружной поверхности теплотехнических агрегатов от теплового воздействия, приводит к увеличению гидравлического сопротивления потоку воздуха, направляемого для отвода теплоты от слоя газонепроницаемого огнеупорного материала.

Из уровня техники известно также теплообменное устройство, применяемое в футеровке - ограждении металлургической печи, содержащей кожух, слой газонепроницаемого огнеупорного материала и газопроницаемый огнеупорный слой, расположенный между ними, образующий с кожухом полость для подачи охлаждающего воздуха, а с газонепроницаемым слоем, полость для отвода подогретого воздуха, соединенную с горелочными устройствами, при этом в газопроницаемом огнеупорном слое выполнен газонепроницаемый огнеупорный участок, имеющий в нижней части своей канал, удаленный от границы соединения газопроницаемого и газонепроницаемого огнеупорных участков на расстояние 5-25 высоты канала, при этом площадь проходного сечения канала равна суммарной площади отверстий газопроницаемого участка (см. Авторское свидетельство СССР №1425419, М. кл. F 27 D 1/00, 1988) /2/.

Такое выполнение теплообменного устройства в виде газопроницаемого огнеупорного слоя, применяемого в конструкции футеровки-ограждения металлургической печи позволяет снизить потери тепла в окружающую среду. Однако, гидравлическое сопротивление потоку воздуха, проходящему через полость для отвода подогретого воздуха также высоко.

Из уровня техники известно техническое решение, описанное в «Сборнике докладов второй всероссийской конференции "Тепломассообмен и

гидродинамика в закрученных потоках ".: «Экспериментальные исследования теплоотдачи в канале с лунками на нижней поверхности», рис.4, М.: март 2005 г. /3/. В публикации описан экспериментальный канал для прохождения потока воздуха через объем, ограниченный верхней частью канала и сменной пластиной, на поверхности которой выполнены лунки. Наличие лунок позволяет увеличить коэффициента теплоотдачи на 32% по сравнению с гладкой поверхностью.

Однако в ходе экспериментальных исследований наблюдались застойные зоны вблизи поверхности лунки, удаленной по направлению потока газа.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является решение, описанное в патенте RU №2047079 С1 МПК6 F28F 13/02, F 23 L 15/04 «Теплообменное устройство» (публикация 1995.10.27) /4/. Устройство состоит из турбулентной камеры, одной из стенок которой является теплообменная поверхность, выходного устройства, входного устройства с эластично закрепленными соплами и системы управления положением сопл. Система управления включает в себя цилиндр, поршень, тягу в и рычаги. Цилиндр сообщается с выходным устройством каналом.

Теплообменное устройство, по мнению авторов /4/, позволяет увеличить интенсивность теплообмена за счет максимального значения коэффициента теплоотдачи в каждой зоне удара струй о теплообменную поверхность. Однако, наличие системы управления положением сопл, включающей цилиндр, поршень, тягу в и рычаги делает теплообменное устройство весьма громоздким и плохо управляемым при использовании их в энерготехнологических высокотемпературных агрегатах. При этом максимальное значения коэффициента теплоотдачи может быть достигнуто только зоне удара струи о теплообменную поверхность.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение снижения расхода топлива для работы энергетических и энерготехнологических агрегатов.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого теплообменного устройства заключается в том, что устранение застойных зон на поверхности с лунками позволяет получить максимальное значения коэффициента теплоотдачи. При этом существенно снижается не только расход топлива для работы энергетических и энерготехнологических агрегатов, но и снизить расход электроэнергии на привод дымососов, поскольку снижается аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателей.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в теплообменном устройстве содержащем кожух, канал для подачи охлаждающего воздуха, образованный кожухом и газопроницаемым

огнеупорным слоем, зазор для подачи части охлаждающего воздуха в канал, образованный газопроницаемым огнеупорным слоем и газоплотным огнеупорным слоем, газопроницаемый огнеупорный слой образован сквозными каналами, причем на поверхности газопроницаемого огнеупорного слоя, обращенной к газоплотному огнеупорному слою выполнены лунки, при этом выход сквозных каналов выполнен у поверхностей лунок, удаленных по направлению потока газа, проходящему по каналу, образованному газопроницаемым огнеупорным слоем и газоплотным огнеупорным слоем.

Выполнение поверхности газопроницаемого огнеупорного слоя, обращенной к газоплотному огнеупорному слою не гладким а с лунками, позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи на 32% по сравнению с гладкой поверхностью.

Выполнение выхода сквозных каналов у поверхностей лунок, удаленных по направлению потока газа, проходящему по каналу, образованному газопроницаемым огнеупорным слоем и газоплотным огнеупорным слоем позволяет устранить застойные зоны на поверхности лунок, что дополнительно приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи.

На чертеже (фиг.1) изображено предлагаемое теплообменное устройство.

Теплообменное устройство содержит кожух 1, канал 2 для подачи охлаждающего воздуха, зазор 3 для подачи части охлаждающего воздуха на теплообменную поверхность газопроницаемого огнеупорного слоя 4, газопроницаемость которой достигается за счет сквозных каналов 5, выход которых выполнен у поверхностей лунок 6, удаленных по направлению потока газа, проходящего по каналу 7, образованному газопроницаемым огнеупорным слоем 4 и газоплотным огнеупорным слоем 8.

Теплообменное устройство работает следующим образом:

Воздух под избыточным давлением поступает в канал 2, образованный кожухом 1 и теплообменной поверхностью газопроницаемого огнеупорного слоя 4. Часть воздуха подается в зазор 3 и подается в канал 7, образованный газопроницаемым огнеупорным слоем 4 и газоплотным огнеупорным слоем 8, при этом происходит нагрев воздуха. Другая часть воздуха поступает в канал 7 через сквозные каналы 5, выход которых выполнен у поверхностей лунок 6, удаленных по направлению потока газа, проходящего по каналу 7. Комбинация сквозных каналов 5 и лунок 6 способствует интенсификации теплосъема с поверхности газоплотного огнеупорного слоя 8 энергетических или энерготехнологических агрегатов, как следствие температура воздуха направляемого в камеру сгорания или на другие нужды повышается.

Использование предлагаемого технического решения позволит обеспечить снижение расхода топлива для работы энергетических и энерготехнологических агрегатов.

Теплообменное устройство, содержащее кожух, канал для подачи охлаждающего воздуха, образованный кожухом и газопроницаемым огнеупорным слоем, зазор для подачи части охлаждающего воздуха в канал, образованный газопроницаемым огнеупорным слоем и газоплотным огнеупорным слоем, причем газопроницаемый огнеупорный слой образован сквозными каналами, отличающееся тем, что на поверхности газопроницаемого огнеупорного слоя, обращенной к газоплотному огнеупорному слою выполнены лунки, при этом выход сквозных каналов выполнен у поверхностей лунок, удаленных по направлению потока газа, проходящему по каналу, образованному газопроницаемым огнеупорным слоем и газоплотным огнеупорным слоем.



 

Наверх