РЕКУПЕРАТОР ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

Рекуператор для нагревательных и термических печей.
Предполагаемая полезная модель относится к области металлургии и может быть использована в термических и нагревательных печах.
Из уровня техники известны металлические рекуператоры (Тебеньков Б.П. «Рекуператоры для промышленных печей» стр. 289, рис. 161), в которых превышение температуры дымовых газов, приводит к выходу их из строя. Компенсируется это системой автоматического регулирования путем разбавления их холодным воздухом.
Недостатком данного решения является высокая себестоимость.
Также из уровня техники известна пламенная печь по авторскому свидетельству СССР (SU1399628, МПК: F27B 9/00; F27Д 7/04, опубл. 30.05.1988 г.) по использованию биметаллического регулятора для изменения геометрии факела.
Недостатком данного решения является невозможность регулирования температуры настильных дымовых газов.
Кроме того, известен металлический трубчатый рекуператор, с защитным противоокислительным высокотемпературным покрытием по полезной модели (RU 28764, МПК: F27B 3/22, опубл. 10.04.2003), в котором используется огнеупорное покрытие для защиты элементов рекуператора от высокотемпературного воздействия дымовых газов.
Недостатком данного решения является высокая себестоимость.
Наиболее близко по технической сущности к предлагаемой полезной модели относится конструкция рекуператора для нагревательных и термических печей» по авторскому свидетельству СССР (SU 1186897, МПК: F23L 15/04, F27, В 3/26 опубл. 23.10.1985), которая принята нами за прототип, в котором повышенный теплосъем с поверхности, разделяющей воздух и дымовые газы стенки, обеспечивается струйным натеканием на нее воздуха через три перфорированные вставки, расположенные в прямоугольном металлическом корпусе, что позволяет использовать рекуператор при высоких температурах.
Недостатком данного решения является невозможность контроля температур разделяющей воздух и дымовые газы стенки, при изменении расхода, какого либо из них и при превышении температуры дымовых газов выше заданного уровня.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение на заданном уровне температуры стенки, разделяющей воздух и дымовые газы, при изменении расхода какого либо из них и при превышении температуры дымовых газов.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что рекуператор для нагревательных и термических печей содержит прямоугольный металлический корпус, в котором размещены три перфорированные вставки для струйной подачи холодного воздуха на разделяющую воздух и дымовые газы стенку, патрубки для подачи и отвода воздуха, отличие согласно полезной модели состоит в том, что под первой по ходу движения воздуха перфорированной вставкой по всей ширине рекуператора выполнен лючок, оборудованный регулятором температуры стенки разделяющей воздух и дымовые газы, при этом регулятор температуры выполнен в виде заслонки из высокотемпературного материала, установленной со стороны дымохода и перекрывающей лючок.
Кроме того, отличия еще состоят в том, что заслонка регулятора температуры выполнена из биметаллического материала и с возможностью выгибания в сторону дымохода в случае превышения температуры дымовых газов выше заданного уровня, обеспечивая струйную подачу холодного воздуха на поверхность стенки разделяющей воздух - дымовые газы.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение температуры поверхности стенки разделяющей воздух и дымовые газы, путем натекания тонкого слоя холодного воздуха через высокотемпературную заслонку лючка со стороны дымохода, при превышении температуры дымовых газов выше заданного уровня.
Указанный технический результат и характеристика технического эффекта, проявляемого при использовании полезной модели подтверждается в следующем.
Величина максимальной температуры дымовых газов, входящих в рекуператор, определяется качеством металла, из которого сделаны элементы рекуператора. В случае, когда температура дымовых газов превышает максимально - допустимое для теплоустойчивости рекуператора значение, то применяют охлаждение дымовых газов до безопасной для рекуператора температуры путем подмешивания к дымовым газам на пути от печи до рекуператора холодного наружного воздуха. Недостатком металлических рекуператоров является их малая стойкость против воздействия высоких температур. Если они выполнены из малолегированной стали или легированного чугуна, то в них нельзя подогревать воздух выше 300-400°С при предельной температуре дымовых газов 800-950°С.
Объем холодного воздуха, идущий на понижение температуры дымовых газов, равен:
∂
∂
3
где: V - объем дымовых газов до разбавления, м/с; φ - фактор разбавления, зависящий от температуры дымовых газов до разбавления (t) и необходимой температуры дымовых газов после разбавления .
Фактор разбавления φ может быть найден по формуле:
где:  и  -теплосодержание дымовых газов до и после разбавления (при  и ),  - теплосодержание воздуха после разбавления (при ).
∂
Объем дымовых газов до разбавления V определяется по формуле:
n
3
3
3
где: V - объем дымовых газов м/м; В-расход топлива в печи; м/с; n - коэффициент, учитывающий выбивание дымовых газов, n=0,8-0,85.
n
∂
3
3
3
3
Для ориентировочных расчетов выбрана термическая печь с объемом рабочего пространства 14 м, для которой V=10,76 м/м; и B=0,045 м/с. Таким образом, объем дымовых газов до разбавления V=0,8·10,76·0,06≈0,52 м/с.
∂
в
Фактор разбавления φ может быть определен по номограмме (Б.П. Тебеньков «Рекуператоры для промышленных печей» М. Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1958 г. стр. 49). Так для температуры дымовых газов до разбавления t=1200°С, температуры смеси после  и температуры холодного воздуха t=20°С φ=0,33. Таким образом
2
в
Объем поступающего в дымовые газы воздуха, при использовании предложенной полезной модели «Рекуператор для нагревательных и термических печей», можно определить по его расходу через щель между биметаллической заслонкой и разделительной стенкой с проходным сечением S=0,0035 м при ширине рекуператора 700 мм и скорости воздуха W=10 м/с.
Анализируя соотношения объемов воздуха разбавляющего дымовые газы представленного и базового рекуператора  (1200-950)°С можно определить  при этом температура смеси дымовых газов составит
Это подтверждает экономический эффект от использования предложенного «Рекуператора для нагревательных и термических печей».
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором схематично изображен рекуператор для нагревательных и термических печей.
Конструктивно высокотемпературный рекуператор представляет собой прямоугольный металлический корпус 1, в котором установлены три перфорированные вставки 2. Под первой по ходу движения воздуха
перфорированной вставкой 2, по всей ширине рекуператора выполнен лючок 3, перекрытый со стороны дымохода, высокотемпературной заслонкой 4, например, из биметаллического материала. В нижней части корпуса рекуператора размещен патрубок для подвода холодного воздуха 5, а в верхней части - патрубок отвода горячего воздуха 6, стенки 7 разделяющей воздух - дымовые газы и дымового борова 8.
Рекуператор по предложенной полезной модели работает следующим образом.
В случае превышения температуры дымовых газов, а соответственно и стенки 7 разделяющей воздух и дымовые газы выше заданного уровня, биметаллическая заслонка 1 выгибается в сторону дымохода, обеспечивая натекание тонкого слоя холодного воздуха, поступающего через патрубок подвода холодного воздуха 3 через лючок 2 на наружную поверхность стенки 7 разделяющей воздух и дымовые газы со стороны дымохода, это способствует снижению температуры стенки 7 при минимальном разбавлении дымовых газов.
В случае, когда температура стенки 7 разделяющей воздух и дымовые газы равна конструктивно заданной, то биметаллическая заслонка 1 плотно перекрывает лючок 2, прекращая поступление холодного воздуха.
Экономическая эффективность, при внедрении полезной модели, обеспечивается снижением себестоимости и повышением температуры отходящих дымовых газов при их дальнейшем использовании.