Высокотемпературный рекуперативный теплообменник
Рекуперативный рекуперативный теплообменник. Относится к теплотехнике, а именно к конструкциям высокотемпературных рекуперативных теплообменных аппаратов (рекуператоров) и может быть использован в условиях работы высоких температур. Теплообменник содержит насадку, выполненную из керамического материала. От известных отличается тем, что насадка выполнена из силицированного графита, ее теплопередающая поверхность представляет собой множество, проходящих через разделительную стенку и герметично с ней соединенных, теплопроводных стержней. Новый технический результат, который может быть достигнут заявленным решением, состоит в высокой теплопередаче при повышении газоплотности керамического рекуператора и уменьшении его габаритов.
Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к конструкциям высокотемпературных рекуперативных теплообменных аппаратов (рекуператоров) и может быть использован в условиях высоких температур.
Из уровня техники известно, что в рекуператорах для обеспечения достаточной стойкости против воздействия дымовых газов с высокой температурой используют керамические материалы. (В.А.Кривандин, Ю.П.Филимонов, Теория, конструкции и расчеты металлургических печей, М.Металлургия, 1986 г.)/1/.
В известных рекуператорах материал обеспечивает его необходимые теплотехнические характеристики - достаточную огнеупорность, хорошую термостойкость, высокую теплопроводность и пр. В качестве керамического материала для теплопередающих элементов (насадок) известного теплообменника используют шамот, карборундовые и высокоглиноземистые огнеупоры, а также карбо-шамотные смеси, содержащие 35-39% карборунда.
Конструктивно элементы насадки керамических рекуператоров имеют форму труб или блоков с отверстиями для прохождения воздуха или дымовых газов. В результате рекуператор содержит большое количество стыков между элементами насадки. С целью увеличения газоплотности между воздушной и дымовой сторонами создают лабиринтное уплотнение. Для этого места стыков теплопередающих элементов делают фигурными. Кроме того, также для увеличения газоплотности, поверхности стыков керамических блоков или труб после обжига шлифуют, а при монтаже соединяют с использованием специального цемента. Таким образом, конструкция теплопередающей поверхности элементов в известных рекуператорах является препятствием для обеспечения достаточной газоплотности и при больших размерах рекуператора этот недостаток приобретает еще большее значение.
При этом газоплотность известных рекуператоров значительно снижается по мере увеличения периода эксплуатации рекуператоров (Б.П.Тебеньков, Рекуператоры для промышленных печей, М., 1975 г.) /2/. Высокая газопроницаемость стыков в керамической насадке рекуператоров не допускает больших перепадов давления между воздушной и дымовой сторонами, а, следовательно, и существенной разницы скоростей дымовых газов и воздуха. Низкие скорости газовых сред, а также большое термическое сопротивление разделительной стенки обусловливают малое значение коэффициента теплопередачи в керамических рекуператорах и требуют увеличения их размеров.
Таким образом, устойчивая работа при высокой температуре дымовых газов - главное достоинство керамических рекуператоров, а низкая газоплотность - основной недостаток, т.к. утечка воздуха в процессе эксплуатации, например, в рекуператорах нагревательных колодцев доходит до 30-40% и выше. Перечисленные недостатки обусловливают громоздкость керамических рекуператоров. В металлургии такие рекуператоры размещают под печами, они занимают много места и требуют подземных боровов.
Из анализа уровня техники следует, что в настоящее время для высокотемпературных рекуперативных теплообменников не решена задача - увеличение газоплотности и снижение габаритов рекуператора при увеличении его теплопередающей способности. Задача настоящего технического решения заключается в создании конструкции рекуператора, обладающей повышенной газоплотностью при высокой стойкости в дымовых газах с высокой температурой.
Для решения поставленной задачи предлагается создать рекуператор на основе насадки, в которой основным теплопередающим элементом является множество теплопроводных стержней, проходящих через стенку, предназначенную в основном для разделения теплоносителей, а не для передачи тепла, как в прототипе. Разделительная стенка может быть использована для соединения отдельных частей насадки в рекуператоре, при этом отсутствуют соединения между основными теплопередающими
элементами, как в прототипе. Размеры стенки части насадки могут быть ограничены только технологическими возможностями изготовителя и могут быть достаточно большими, что сократит количество стыков между ними или вообще исключит их. При наличии стыков обеспечение их газоплотности является более простой задачей, чем обеспечение газоплотности сложных стыков керамических труб или блоков, применяющихся в известных рекуператорах.
Стенка насадки может быть выполнена в виде плоской плиты или другой формы, стержни проходят через стенку перпендикулярно к ней и выполнены из такого же материала, что и стенка. Материалом для изготовления насадки служит высокотеплопроводный силицированный графит, применение которого экономически оправдано теплотехническими характеристиками и высокой газоплотностью создаваемого рекуператора. При этом для обеспечения газоплотности теплопередающей поверхности насадки соединение стержней со стенкой выполнено герметичным, что может быть достигнуто известными для этого материала способами.
Высокая теплопередача такой насадки обеспечивает создание малогабаритных рекуператоров при небольших скоростях теплоносителей. Таким образом, новый технический результат, который может быть достигнут заявленным решением, состоит в высокой теплопередаче при повышении газоплотности керамического рекуператора и уменьшении его габаритов. На рисунке изображен элемент насадки для изготовления рекуперативного теплообменника, который содержит множество теплопроводных стержней 1, проходящих через стенку 2. Экспериментальные исследования показали, что рекуперативный теплообменник длиной 2000 мм, содержащий пять состыкованных элементов насадки из силицированного графита, позволяет нагреть теплоноситель - воздух от комнатной температуры до 1050°С при охлаждении в нем дымовых газов от 1350 С до 280 С. При этом нарушения газоплотности насадки не обнаружено.
Высокотемпературный рекуперативный теплообменник, содержащий насадку, выполненную из керамического материала, отличающийся тем, что насадка выполнена из силицированного графита, ее теплопередающая поверхность представляет собой множество проходящих через разделительную стенку и герметично с ней соединенных теплопроводных стержней.
